Evolution of Floor Water Inrush from a Structural Fractured Zone with Confined Water

摘要

Due to a gradual increase in mining depths in northern China, the water inrush problem there has become increasingly complex. In the present study, a physical model was developed of a syncline-axis structural fractured zone above confined water, using measured parameters from the Baizhuang coal mine. Using the similarity theory, water inrush from a fractured floor was simulated with different water heads and different structural zones. The mechanism of a delayed water inrush from the floor under the combined action of confined water and a fractured zone was also studied. The results demonstrated that: (1) Water inflow under different pressures; (2) Sand inrush discharges gradually increased under various pressurized water pressures and then decreased; and (3) Based on water and sand inrush discharges, the changes in the Reynolds number and porosity were analyzed, and a void flow-fissured flow-pipeline flow transition was proposed. This research provides a basis for developing methods to prevent floor water inrush during deep mining. ZusammenfassungWeil sich der Bergbau im nordlichen China zunehmend in gro ss ere Tiefen bewegt, wird dort das Problem von Wassereinbruchen zunehmend komplexer. In dieser Studie entwickelten wir das physikalische Modell einer gestorten Zone in einer synklinalen Achse, welche von gespanntem Wasser unterlagert war. Dafur nutzten wir gemessene Parameter der Baizhuang Kohlenmine. Basierend auf der Ahnlichkeitstheorie, simulierten wir Wassereinbruche aus gestortem Liegenden bei unterschiedlichem Wasserdruck und Storungszonen. Auch ein verzogerter Wassereinbruch unter kombinierter Einwirkung von Wasserdruck und Storungszonen wurde untersucht. Die Resultate zeigten, da ss (1) Wasserzuflu ss sich bei unterschiedlichem Druck ereignete, und da ss (2) Sandeinbruchraten fortsc hreitend bei verschiedem Druck anstiegen und wieder abnahmen. (3) Mittels der Wasser-und Sandeinbruchraten wurden Reynoldszahl und Porositat analysiert und daraus auf einen ubergang von Hohlraumstromung zur Stromung in einer rohrenartigen Trummerzone vorgeschlagen. Diese Erkenntnis ermoglicht die Entwicklung von Methoden, um Liegendwassereinbruchen im tiefen Bergbau vorzubeugen. ResumenDebido al aumento gradual de las profundidades en las explotaciones mineras del norte de China, el problema de la irrupcion de agua se ha vuelto cada vez mas complejo. En el presente estudio, se desarrollo un modelo fisico de una zona estructural fracturada de eje sinclinico ubicada arriba de agua confinada, utilizando parametros medidos de la mina de carbon Baizhuang. Utilizando la teoria de la similitud, se simulo la entrada de agua desde un suelo fracturado bajo diferentes condiciones. Tambien se estudio el mecanismo de una entrada de agua retardada desde el piso bajo la accion combinada de agua confinada y de una zona fracturada. Los resultados demostraron: (1) entrada de agua bajo diferentes presiones; (2) descargas de entrada de arena que aumentaron gradualmente bajo varias presiones de agua a presion y luego disminuyeron, y (3) sobre la base de las descargas de entrada de agua y arena, se analizaron los cambios en el numero de Reynolds y la porosidad y se propuso una transicion de flujo en vacio-flujo en fisuras-flujo en canerias. Esta investigacion proporciona una base para desarrollar metodos para prevenir la irrupcion de agua desde el piso en