深部矿井开采过程中的多场耦合特征

徐百超

（山东科技大学，山东 青岛 266590）

随着煤炭资源的持续开采，浅、中部范围的煤炭资源越来越少，煤炭生产不得不逐步往深部转移，伴随而来的是高地应力、高地温、高水压和冲击扰动。深部岩体“高地应力、高承压水压及高地温”在采矿扰动作用下的特殊地质力学环境，是导致深部开采中突水事故出现多发性和突发性的根本原因所在[1]。在thm 耦合方面国内外学者对多场耦合开展了研究。国外学者Tsang C F 在Biot 理论的基础上基于质量守恒、能量守恒、动量守恒提出了不同的thm 耦合模型[2]。盛金昌等基于单相饱和岩体热弹性多孔介质的有效应力原理建立热流固耦合非线性数学模型，并给出了多场耦合方程组[3]。

1 多场耦合作用机理

深部岩体在开采扰动下，岩体应力场的变化引起岩体孔隙率及渗透特性的变化，从而引起渗流场的变化，而液体的渗流作用又会影响应力的分布。随着工作面深度的不断增加，伴随而来的高地温一方面影响应力的分布，以热应力、岩石热膨胀和岩石的力学性质改变等方式呈现，而岩体的变形、固体介质之间的传热又会影响岩体温度；另一方面温度的变化影响孔隙流体的粘滞性从而改变渗流场，渗流场中液体与固体介质进行热交换从而影响温度场。

2 工程背景

以安居煤矿3上煤层为研究背景，3上煤层位于山西组的上部，是该区主采煤层。其工作面标高为-979～ -983 m，煤厚2.10～4.60 m，平均厚度约为3 m，开采系数100%，煤层倾角为2°～8°，平均倾角5°，为近水平煤层。……