| Abstract |
Water outbursts from the floor during underground mining, and those from the surrounding rock mass of tunnels, involve the basic principle of hydraulic fracturing. Based on the hydraulic-fracturing mechanism, considered to be dependent on the coupling between seepage and damage, it is deemed that the variation of the pore-fluid pressure coefficient must be taken into account during this coupled process, in order to correctly establish the crack propagation mechanism during hydraulic fracturing. The coupled seepage-damage model is validated using numerical simulations of hydraulic fracturing around one hole and three holes; the model may also enable scientific and reasonable explanation of the dominance of hydraulic gradient on the crack propagation path in permeable rock. Finally, the water outburst from the floor at a coal mining site in Hebei Province, China, is numerically simulated, and the coupled seepage and damage mechanism during the mining-induced rock failure is clarified. The numerical simulation implies that the seepage-damage is the main mechanism for controlling the water outburst. Therefore this mechanism should be considered in the numerical simulation to understand the essence of water outburst induced in mines.Les arrivées d’eau brutales par le plancher des travaux miniers souterrains, ainsi que celles provenant de la masse rocheuse environnante des tunnels, résultent du principe de base de la fracturation hydraulique. Sur la base du mécanisme de fracturation hydraulique, considéré comme dépendant du couplage entre suintement et dommage, il est estimé que la variation du coefficient de la pression du fluide poral doit être prise en considération durant ce processus couplé afin de restituer correctement le mécanisme de propagation des fissures lors de la fracturation hydraulique. Le modèle couplé suintement-dommage est validé à partir de simulations numériques de fracturation hydraulique autour d’une et de trois cavités ; le modèle peut aussi permettre une explication scientifique et raisonnable de la dominance du gradient hydraulique sur le cheminement de la propagation des fissures dans une roche perméable. Enfin, les arrivées d’eau brutales par le plancher dans une mine de charbon située dans la province d’Hebei en Chine sont simulées numériquement et le mécanisme couplé suintement/dommage est clarifié au cours de la rupture de la roche induite par l’activité minière. La simulation numérique implique que le couple suintement-dommage est le principal mécanisme qui contrôle les arrivées d’eau brutales. Par conséquent, ce mécanisme devrait être considéré dans la simulation numérique afin de comprendre l’essence des arrivées d’eau brutales induites dans les mines.Los afloramientos de agua desde el piso durante la minería de subsuelo, y aquellos provenientes de la masa de roca circundante a túneles, involucra el principio básico de la fracturación hidráulica. Basado en el mecanismo de la fracturación hidráulica, considerada como dependiente del acoplamiento entre las filtraciones y los daños, se estima que la variación del coeficiente de la presión del fluido de los poros puede ser tenida en cuenta durante este proceso de acoplamiento, con el fin de establecer correctamente el mecanismo de propagación de la ruptura durante la fracturación hidráulica. El modelo de acoplamiento de filtración - daño es validado usando simulaciones numéricas de la fracturación hidráulica alrededor de uno y tres pozos, el modelo puede también permitir la explicación científica y razonable del dominio del gradiente hidráulico en la trayectoria de propagación de la ruptura en rocas permeables. Finalmente, se simuló numéricamente el afloramiento de agua en el piso en una mina de carbón situada en la Provincia de Hebei, China, y se aclaró el mecanismo del acoplamiento filtración – daño durante la falla de roca inducida por la minería. La simulación numérica implica que la filtración – daño es el principal mecanismo para controlar el afloramiento de agua. Por lo tanto este mecanismo debe ser considerado en la simulación numérica para entender la esencia de los afloramientos de agua inducidos en las minas.矿山底板和隧道围岩的突水问题都与水压致裂的基本原理有关。作者认为岩石损伤及渗流耦合作用导致岩石破坏是水压致裂的基本机理,基于这一认识,作者提出在渗流损伤耦合过程分析中,必须考虑孔隙水压力系数的演化过程,才能正确揭示水压致裂过程中的裂纹扩展规律。通过单孔和三孔水压致裂的数值模拟,不但验证了渗流损伤耦合模型的正确性,而且还科学、合理地解释了在渗透岩石介质中水压力梯度场对裂纹扩展路径的控制作用。最后,通过模拟中国河北省一个煤矿采动诱发底板破坏的突水过程,揭示了突水过程渗流损伤耦合作用机理。数值模拟表明,渗流损伤耦合作用是影响采动诱发突水的主要力学机理,故而在采动诱发矿山突水问题研究中应该密切关切这种机理所带来的影响。Irrupções de água na base de galerias durante a execução de trabalhos mineiros ou a partir da massa rochosa durante a escavação de túneis envolvem o princípio básico da fraturação hidráulica. Com base nos mecanismos de fraturação hidráulica, considerados dependentes do acoplamento entre o escoamento de água e o dano causado, considera-se que a variação do coeficiente da pressão do fluido nos poros deve ser tida em conta durante este processo acoplado, a fim de estabelecer corretamente o mecanismo de propagação de fraturas durante a fraturação hidráulica. O modelo acoplado escoamento-dano é validado com base no uso de simulações numéricas de fraturação hidráulica em redor de um furo e de três furos; o modelo pode também permitir explicações científicas e razoáveis para a dominância do gradiente hidráulico no modo de propagação de fraturas em rochas permeáveis. Finalmente, a irrupção de água a partir da base de uma galeria numa mina de carvão na Província de Hebei, China, é simulada numericamente, e os mecanismos acoplados de escoamento e dano durante o efeito de fratura induzido pela mineração é clarificado. A simulação numérica define que o escoamento-dano é o mecanismo principal que controla a irrupção de água. Então, este mecanismo deveria ser considerado nas simulações numéricas, para entender a essência das irrupções induzidas em minas. |
