煤炭学报

作者：赵倩, 孙清钟, 王丽娟, 骆祖江,

关键词：抽水蓄能电站, 下水库, 流−固耦合作用, 围岩稳定性, 数值模拟,

在矿井改建抽水蓄能电站中，下水库开挖后引起地下渗流场改变，将导致应力场重新调整，易引起围岩的失稳和变形，因此围岩稳定性成为石砀山铜矿地下空间改建的关键。基于此建立考虑流−固耦合的地下水渗流和地应力数学模型，利用COMSOL Multiphysics软件和有限元方法构建数值模型，采用三维地质模型与二维剖面模型相结合的方式，开展石砀山拟建抽水蓄能电站中下水库围岩稳定性分析。结果表明：在下水库开挖后地下渗流场发生变化，渗流方向改变，水位呈漏斗状；下水库附近及顶部的孔隙水压力减小，高孔隙压力区分布在下水库两侧的模型底部。对比不考虑流−固耦合作用情况下，考虑流−固耦合后围岩应力、位移及塑性区发生变化，最大等效应力减小了0.9 MPa，最小等效应力增加了0.3 MPa，洞室两侧等效应力均呈减小趋势，边界洞室受孔隙水压力影响更大；整体洞室围岩的变形减小，边界洞室变形大于内部洞室；流−固耦合作用一定程度上减小了塑性区的分布。进一步基于流−固耦合数值模型，设计下水库在充/放水条件下围岩应力分布状态和稳定性，结果表明所设计的3种工况对围岩施加的静水压力、水位变化引起的孔隙水压力变化和软化效应引起的稳定性变化较小；软化效应在一定程度上减弱围岩稳定性，在下水库支护时需重视对洞室的衬砌，在设计工况下下水库围岩稳定性仍可以得到保证。综上在矿井改建抽水蓄能电站中运用数值模拟评价下水库的围岩稳定性，以提供数据支撑和保障工程的安全性。

来源：2025年第5期

《煤炭学报》期刊编辑部

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