Multi-field Coupling of Water Inrush Channel Formation in a Deep Mine with a Buried Fault

Abstract

Due to the high pressure of confined water in deep mines, the incidence of water inrush disasters in China caused by geological structures, especially faults, are becoming more frequent and more complicated. Using the Comsol numerical simulation software, we analyzed the formation and evolution of a water inrush channel in the floor of a deep mine with buried faults. The numerical model was set up using geological data from an actual coal mine that is highly threatened by confined water with buried faults. The results show that the stress became more and more concentrated near the buried fault as the working face advanced. The flow velocity inside the fault was much greater than in the floor, which means that the buried structure was important in the ascension of the confined water and destruction of the floor. A water inrush channel formed when the failure zone connected with the fissures of the buried fault.

Zusammenfassung

Aufgrund hohen Druckes gespannter Wässer treten in chinesischen Tiefbaugruben katastrophale Wassereinbrüche, ausgelöst durch geologische Strukturen, insbesondere Störungen, zunehmend häufiger und in komplexerer Form auf. Unter Verwendung der numerischen Simulations-Software Comsol wurde im Rahmen der Arbeit die Entstehung und Entwicklung eines Wassereinbruchskanals in einer durch verdeckte Störungen charakterisierten Sohle einer Tiefbaugrube untersucht. Das numerische Modell wurde unter Nutzung geologischer Daten eines existierenden, durch gespannte Wässer und verdeckte Störungen stark gefährdeten Kohlenbergwerks erstellt. Die Ergebnisse belegen eine mit fortschreitendem Verhieb stärker werdende Konzentration der Spannungen im Bereich der verdeckten Störung. Die Fließgeschwindigkeit innerhalb der Störung war sehr viel größer als innerhalb der Sohle, so dass die verdeckte Struktur für das Aufsteigen der gespannten Wässer und die Zerstörung der Sohle bedeutsam war. Ein Wassereinbruchskanal bildete sich in dem Moment, in dem sich die Bruchzone mit den Spalten der verdeckten Störungszone verband. Translator: Michael Paul

Resumen

Debido a la alta presión del agua confinada en las minas profundas, la incidencia de los desastres de irrupción de agua en China causados por las estructuras geológicas, especialmente por las fallas, son cada vez más frecuentes y complicadas. Usando el software de simulación numérica Comsol, analizamos la formación y evolución de un canal de irrupción de agua en el suelo de una mina profunda con fallas enterradas. El modelo numérico se estableció utilizando datos geológicos de una mina de carbón real que está altamente amenazada por agua confinada con fallas enterradas. Los resultados muestran que el estrés se concentró cada vez más cerca de la falla enterrada a medida que avanzaba la cara de trabajo. La velocidad de flujo dentro de la falla fue mucho mayor que en el piso lo que significa que la estructura enterrada fue importante en el ascenso del agua confinada y la destrucción del piso. Se formó un canal de irrupción de agua cuando la zona de falla se conectó con las fisuras de la falla enterrada.

Resumen

由于大采深矿井承压含水层水压大,地质构造特别是断层引起的突水灾害发生越来越频繁和复杂。利用COMSOL数值模拟软件,分析了大采深矿井底板含断层时突水通道的形成和演变过程。利用受底板高承压水威胁的实际矿井的地质资料建立了数学模型。 结果表明,随着工作面推进,应力越来越集中隐伏断层附近。断层带内地下水流速远大于底板,意味着地下隐伏构造对承压水上升和底板破坏具有重要作用。断层破碎带与隐伏断层裂隙连通时形成突水通道。