防治水学科前沿讲座-矿井突水渗流理论及研究方法.pptVIP

另外，还有以下领域： 1、地下水在裂隙介质、岩溶介质中运动机制和基本运动规律的研究； 2、非饱和带水运动理论研究； 3、热量（能）在地下水中的运移研究； 4、地下水最优化管理方面的问题； 5、介质非均质性研究； 6、各种实际渗流问题的数值模拟技术研究（仿真性）。 7、随机理论在水流和溶质运移研究中的应用。 8、在含多组分溶质的水流中 Darcy’s law的表达形式 …… §2 地下水渗流基本理论概述 一、煤矿岩体渗流基本理论 地下水在含水介质中的运动非常复杂，简单可归纳为三类：第一类为地下水在孔隙介质（多孔介质）中的运动，第二类为地下水在裂隙介质中的运动，第三类是地下水在大裂隙和管道的流动。介质性质的不同，决定了其渗流规律的不同。 1、孔隙介质渗流基本定律 孔隙介质是典型的多孔介质，在大多数情况下，地下水渗流较好地符合达西定律（ 雷诺数Re=1~10 ）。 对于Re大于1~10的渗流，渗流速度V与水力坡度J不再成线性关系，此种情况多出现在发育较好的溶洞、泉水出口及矿井突水的某些阶段。 §3 矿井突水渗流研究现状 2、裂隙介质渗流基本定律 从本世纪50年代起，苏联学者就开始对裂隙水力学做试验研究，其后经过许多学者的努力，基本搞清了裂隙岩体渗流的规律。 主要有以下几种渗流模型： （1）单一光滑裂隙的渗流模型 对壁面光滑的细小缝隙，水流运动规律为(Louis，1974)： 式中：q—平均流速；Kf—裂隙渗透系数；Jf—裂隙水力坡度。 式中：d—裂隙宽度；ν—运动粘滞系数。 §3 矿井突水渗流研究现状 此时： ，q与裂隙的宽度d的立方成比例，称之为立方定理。 （2）单一粗糙裂隙的渗流模型 实际情况下，裂隙的隙壁是有一定粗糙度的，此时，裂隙的单宽流量与水力坡度不再符合立方定理。 层流： Ломмзе公式： Louis公式： §3 矿井突水渗流研究现状 紊流： Ломмзе公式： Louis公式： 式中：Δ—隙壁的绝对粗糙度，1.0~3.0mm；Δ/d—隙壁的相对粗糙度。 层流公式适用雷诺数上限为600；紊流公式适用雷诺数上限为2300。 雷诺数Re判别表达式： 式中：v—地下水渗流速度； d—含水层颗粒的平均粒径；ν—地下水的运动粘滞系数。 §3 矿井突水渗流研究现状 （3）裂隙组的渗流模型 Romm（1966）假定裂隙岩体为拟连续介质体，水在整个岩体中的流动用Darcy定律的形式： 式中：d—裂隙的宽度改为裂隙间距。 裂隙组渗透系数为： ，对于宽度不等，不平行的 裂隙流可以采用渗透张量变换与加权等方法处理。 Louis提出裂隙组渗透系数的表达式： 式中：L—裂隙平均间距； Km—基质岩块的渗透系数。 §3 矿井突水渗流研究现状 3、溶穴（管道）渗流规律 岩溶区的地下暗河或地下水沿巨大的张开裂隙（某些张性断层破碎带）的流动，这种运动的特点是地下水集中，且在相当大的范围内只有一个或几个大裂隙或管道，流动孤立，流速和流量大。 由于对地下水在溶穴或断层破碎带等管道中的渗流规律在渗流力学中研究较少，可以借助水力学理论来研究此类渗流规律，常见的管道水力学计算公式： §3 矿井突水渗流研究现状 （1）Chezy公式 Chezy公式一般用得比较少，但它是其它公式的基础，包括Manning公式。Chezy公式表示为： Q—断面水流量；C—Chezy糙率系数（m1/2/s）；A—断面面积； R—水力半径，过水断面积与湿周之比即为水力半径。 表达式： X为湿周，即过水断面上水流所湿润的边界长度； S—水力坡度。根据需要也可以变换为其它表示方法。 （2）Hazen-Williams公式 Hazen-Williams公式是压力管道最常用的水头损失计算公式，该公式表达为： §3 矿井突水渗流研究现状 式中：C—Hazen-Williams糙率系数（无量纲）； k—常数，采用国际单位时为0.85。 （3）Darcy-Weisbach公式 由于Darcy-Weisbach是通过理论总结得到的公式，故也称为理论公式。Darcy-Weisbach被用于许多要求计算精度较高的工程中。Darcy-Weisbach公式表达为： 式中： ΔH—水头损失；f—摩擦系数；l—管道长；d—管道内直径 u—管道内平均流速。 §3 矿井突水渗流研究现状 二、煤矿突水渗流理论研究概况 近些年，许