矿井巷道突(透)水蔓延过程研究进展

中图分 类号 ： Ｆ ４ ０ ６ ． ３ ； Ｔ Ｄ ７ ４
文 献标志 码 ： Ｂ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ８－ ０ １ ５ ５ （ ２ ０ １ ７ ） １ ０－ ０ ０ ４ ５－ ０ ３
矿井发生突 （ 透） 水后 ， 一方面 为制定避灾救 时间以及蔓延位置的关系。黄东旭等 在李翠萍 灾路线及应 急救援决策提供科 学依据… ； 另一方 研究基础上引入 当量长度 ， 采用时 间步长法通过 面， 为解决 由此引发的地质和环境地质灾害 问题 三维可视化技术 将其应用到矿 山巷道 中并可视 提供科学依据。近 几年来 ， 越来越多 的学者投入 化出来 ， 实现实时动态观测水流蔓延的过程。 到矿井巷道突（ 透） 水蔓延过程研究中。 符辉 也 是 基 于 以上 两 个 过 程 研 究 的 ， 所 不 矿井突透水蔓延过程研究是从突水发生到稳 同的是 ： ①将不 同的巷道参数 （ 坡度 、 断面、 障碍物 定 对水 流在巷 道 中动 态 变 化 的描 述 ， 计 算水 深 、 流 等） 赋予不 同的权值添加到蔓延路径中； ②根据突 速、 蔓 延范 围等 流 动 参 数 。国 内学 者 根 据 不 同 的 （ 透） 水点和突 （ 透） 水 量提 出突 （ 透） 水范 围水量 数学模型进行 了矿 井突透水蔓延过程仿真研究 ， 约束算法 ； ③采用空间步长法 ， 即淹没高度按等步 李翠萍、 符 辉等 建 立 了简 易的 水 流 数 学模 型 ， 长的增加 ， 估算水位和井巷总积水量 ， 实现突（ 透） ６ 在数学模型上 模拟了水流在巷道中流动的全过程 ； 黄光球、 王琴 水蔓延的时空动态仿真 。张洪娇－ 等 卜Ｈ 根据水流遵 循的物理 规律 ， 模拟 了真实的 提出用体积法模拟矿井掩没情况。根据水均衡原 水流场 ， 分 析 了 蔓 延 过 程 影 响 因 素 。 国外 在 这 方 理 ， 考虑围岩入渗量 ， 计算随水平面增长水位高度 面的直接研究较 少 ， 但是部分学者对废弃矿井 巷 和阶段体积 ， 结合总 的入渗量 实现水流整 体蔓延 道 水 流蔓延 及 流 动特 征 做 了相 关 研 究 ［ ２ － ２ ３ ］ ， 将 矿 过 程 。 井看作多重介质、 多种流态的混合型地下水系统， 在水流仿真方面 ， 水流随时 间的时空分布 规 其 中有可借 鉴 的 地 方 ， 但忽略了突（ 透） 水 这 一 重 律是仿真的重点 ， 从算法和可行性的角度 ， 这些方 要背 景 因素 。本文 的主 要 目的在 于 总 结 前人 在 矿 法都快速实现了巷道突 （ 透） 水蔓延过程 。 井巷道突 （ 透） 水蔓延过程研究 ， 包括其理论和方 １ ． ２巷 道 突 （ 透） 水 蔓延过 程 复 杂数 学模 型 仿 法研 究 、 应 用情 况 、 存 在 问题 ， 并 提 出建 议 ， 力图 从 真 相对全面的角度认识当前该方面的研究情况同时 巷道突（ 透） 水水流在井巷中流动是很复杂的 为相 关研 究人 员提供 一 定 的参 考 。 物理过程 ， 涉及 多个学 科领 域， 包括矿井工程、 流 １矿井 巷道 突 【 透） 蔓 延过程 方 法研 究 体力学 、 水力学、 水力计算学等。水流在巷道 中的 １ ． １巷道 突（ 透） 水 蔓延 过程 简 易数 学模 型 仿 流 动通 常用 偏 微 分 方 程 来 表 述 ， 对 于 非 稳 定 的 流 真 态 用解 析法 不能 求解 出 此类 方程 。数值 模 拟 技术 水流蔓延路径仿真研究主要是为 了给后期逃 通 过建立 数 值 模 型 ， 应 用数 值方 法对 偏微 分 方 程 生路 线 的制定 提供 数据 ， 大 多数 学者 基 于 图 论 、 相 求 定解 ， 可 以很 好 地 模 拟 实 际 的物 理 流 场 。 目前 关搜索算法、 水流数学模型 ， 计算 出水流蔓延过程 只有少数学者将数值模拟技术应用到该领域 。 中的 相关参 数 。 黄光球研究团队采用非传统的数值方法针对 李翠萍等¨ 通 过水 流蔓延路径算 法研究 ， 结 水流的非线性复杂动力系统进行 求解。这类数值 合相应的数学模型建立突（ 透） 水水流在巷道 中蔓 方法和传统的数值方法有本质的区别。该类方法 延 的 时空变 化模 型 。将 突 （ 透） 水水 流 在 井巷 中的 基于分子动 力论建立时 间、 空间和物理量 都离散 流 动 分两个 过 程 ： ① 根 据 巷 道 中水 流 为重 力 流 的 的介观模型 ， 通过调整参数 使其能反映宏 观的物 特点 ， 提出水流蔓延路径先下向蔓延 ， 蔓延至局部 理模型。黄光球应用元胞 自动机 的方法 ］ ， 将井 或整体最低点时再 向上蔓延 ； ②根 据坡度 和蔓延 下复杂巷道 系统抽象为 Ｃ Ａ模型［ ８ ］ ， 把突 （ 透） 水 阶段 的不 同 ， 建 立 不 同 的数 学 模 型 ， 构 建 了速 度 、 的能量单元用一个个具体的元胞来表示 ， 其中元
矿 井巷道突（ 透） 水蔓延过程研 究进展
张小燕 郑金 红 （ 中国矿业 大学 （ 北京 ）地球０ ８ ３ ）
摘 要： 矿井巷道 突（ 透） 水蔓延过程 ， 与井下人员生还 、 财产 安全以及潜在的地质隐患等问题息息相关 。本文 总结 了 近年来矿井巷道突（ 透） 水蔓延过程的相关研究 ， 分 析各种 方法的理论 依据与应用情况 ， 指 出研究过程 中存在的 问题 ， 同时 提出该领域 的研究相关建议 。 关键词 ： 突（ 透） 水蔓 延 ； 研究现状 ； 关键 问题
收稿 日期 ： ２ ０ １ ７— ０ ４—１ ８
作者简介 ： 张小燕（ １ ９ ９ ｌ 一 ） ， 女， 河北邢 台市人 ， 中国矿业大学 （ 北京） 地球科学与 测绘工程学 院硕士研究 生在 读 ， 主要 从 事矿 井防 治水方面的研究。