采礦工程中的流固耦合問題的復(fù)雜性淺談

摘 要:采動(dòng)圍巖變形與流體運(yùn)移之間存在耦合作用，當(dāng)這種耦合作用演化到一定程度時(shí)，圍巖中裂隙貫通，流體的運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)而引發(fā)諸如突水、瓦斯突出等災(zāi)害。采礦工程中流固耦合問題的復(fù)雜性主要原因在于時(shí)變邊界、運(yùn)動(dòng)形式多樣、耦合關(guān)系復(fù)雜以及非連續(xù)、非均質(zhì)、各向異性、非線性和非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)等。本文從時(shí)變邊界和耦合作用兩個(gè)方面闡述采礦工程中流固耦合問題的復(fù)雜性。認(rèn)為由于煤層的開挖和材料的破壞，巖體的邊界隨著時(shí)間變化，包括彈性區(qū)、塑性區(qū)、破裂(破碎)區(qū)之間的界面變化，邊界的時(shí)變是采礦工程中流固耦合問題復(fù)雜性的根本原因。耦合關(guān)系的復(fù)雜性，使得動(dòng)力學(xué)響應(yīng)是算法的數(shù)值穩(wěn)定性難以實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞:時(shí)變邊界流固耦合采礦工程采動(dòng)圍巖復(fù)雜性

中圖分類號(hào):TD712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)02(c)-0093-02

在煤炭資源開采過程中，由于巖體的變形和破壞，會(huì)發(fā)生多種動(dòng)力災(zāi)害[1]，文獻(xiàn)[2-3]介紹了災(zāi)害防治技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。在所有煤礦災(zāi)害中，瓦斯突出造成的人員傷亡最大，突水造成的經(jīng)濟(jì)損失最大。從力學(xué)上講，瓦斯突出和突水是伴隨著巖體破壞而發(fā)生的滲流失穩(wěn)現(xiàn)象，其原因在于流固耦合作用演化到一定程度后系統(tǒng)發(fā)生結(jié)構(gòu)失穩(wěn)(即分岔)。

流固耦合問題通常分為兩大類，即區(qū)域中的耦合問題與界面上的耦合問題[4]。在采礦工程中，既存在界面上的耦合問題，也存在區(qū)域中的耦合問題，還存在界面上和區(qū)域中都發(fā)生耦合作用的問題。……