应力—水耦合作用下的煤矿突水预警技术研究

发布时间：2017-04-05 11:00

  本文关键词：应力—水耦合作用下的煤矿突水预警技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：突水事故是煤矿生产过程中的主要危害事故,严重威胁着安全生产。本课题的主要研究内容有以下三个方面:研究应力场存在时煤岩体遇水弱化的现象和渗透率变化特性,分析开采过程中水对煤岩体的影响范围和扩散规律,最后基于水的弱化规律、渗透特性和影响范围对报警系统进行理论设计。本次实验采用WSD-400微机控制电液伺服三轴实验机,同时经研究表明,型煤可代替原煤进行实验,因此本次全部采用型煤。实验分两大部分进行,通过分析水对型煤试件力学性质的影响规律研究水弱化现象;根据控制进水压力、轴压和围压的单一因素改变下的渗透率变化,研究型煤试件的渗透规律。水弱化实验选择三组试件,分别为未处理、未饱水、饱水试件,并开展直接加载和分级加载的三轴实验,分析结果发现水对试件的弱化作用主要表现为最大轴向力和抗压强度的明显降低,以及峰值破坏后承压能力下降。渗透率实验结果表明进水压力增大时,型煤试件的渗透率增加;围压增大时渗透率降低;轴压增大至试件破坏的过程中,渗透率先降低后增大。基于流体力学渗流理论,特别是达西定律的基础上,分析水对隔水煤柱的影响范围,选择老空水作为研究对象,运用多物理场有限元分析软件COMSOL Multiphysics完成。通过软件数值模拟的结果分析得到3个结论:(1)水在渗透过程是以老空水区域为中心发展的,越靠近中心水对隔水煤柱的影响越大,反之越小;(2)水的渗透区域随着时间和施加水压的增加而不断扩大,且时间越长或水压越大,影响区域的增加程度越大;(3)当水压力达到较高水平时,才出现水更容易向没有其他力约束的自由空间方向扩散的现象。基于水的弱化规律、渗透特性和影响范围,提出了以监测为主的老空水预警系统理论设计。系统主要监测参数为压力和渗透率,监测内容为变化曲线以及计算安全平均值偏离度两方面的5项内容。运用通过层次分析法得出的各项监测内容对系统报警的影响权重,根据对每一项监测内容当前情况的得分,计算系统总体的安全指标,以此来确定其处在的报警区域,并执行相应措施。最后从安全技术和安全管理两方面简述了突水事故的预防重点。
【关键词】：煤岩体 三轴实验 数值模拟 突水预警 老空水
【学位授予单位】：重庆科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD745
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 引言10-20
• 1.1 论文选题的意义10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 国内外突水理论10-13
• 1.2.2 突水预警方法研究现状13-17
• 1.2.3 存在的问题17
• 1.3 研究目标及内容17-18
• 1.3.1 研究目标17
• 1.3.2 研究内容17-18
• 1.4 技术路线18-20
• 2 煤岩体遇水弱化规律实验研究20-37
• 2.1 实验装置与方法20-26
• 2.1.1 实验装置20-21
• 2.1.2 实验原理21-22
• 2.1.3 试件制备及处理22-24
• 2.1.4 实验方案24-25
• 2.1.5 实验步骤25-26
• 2.2 型煤试件水弱化实验26-32
• 2.2.1 直接加载的全应力-应变实验26-29
• 2.2.2 分级加载的全应力-应变实验29-32
• 2.3 型煤试件渗透率实验32-35
• 2.3.1 进水压力对渗透率的影响32-33
• 2.3.2 围压对渗透率的影响33-34
• 2.3.3 轴压对渗透率的影响34-35
• 2.4 本章小结35-37
• 3 老空水渗流特性数值模拟37-49
• 3.1 流体力学渗流理论37-38
• 3.1.1 概述37
• 3.1.2 达西定律37-38
• 3.2 COMSOL Multiphysics渗流模拟简介38-40
• 3.2.1 数值模拟综述38-39
• 3.2.2 有限元分析理论39
• 3.2.3 COMSOL Multiphysics基本操作流程39-40
• 3.2.4 模块介绍40
• 3.3 矿山老空水渗流数值模拟40-47
• 3.3.1 工程描述40-41
• 3.3.2 几何模型建立41-42
• 3.3.3 求解及结果分析42-47
• 3.4 本章小结47-49
• 4 老空水突水预警技术及预防措施49-60
• 4.1 老空水基本特性49
• 4.2 老空水预警系统设计49-51
• 4.2.1 概述49-50
• 4.2.2 预警系统工作流程50-51
• 4.3 老空水突水的预警监测技术51-54
• 4.3.1 监测参数选定52
• 4.3.2 监测点布置52-53
• 4.3.3 系统监测内容53-54
• 4.4 系统报警判定54-57
• 4.4.1 层次分析法简介54
• 4.4.2 监测项目权重计算54-57
• 4.4.3 综合报警阈值及预警区划分57
• 4.5 老空水突水事故的预防措施57-58
• 4.5.1 安全技术58
• 4.5.2 安全管理58
• 4.6 本章小结58-60
• 5 结论与展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果67

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 乔国军;;浅析兼并重组煤矿井下老空水的防治措施[J];经营管理者;2012年17期

2 毕伟;陈超;石小蒙;薛晓峰;;盛平煤矿老空水害分析与探放水实践[J];能源技术与管理;2012年06期

3 谷中立;谈乡镇煤矿预防老空水[J];中州煤炭;1988年04期

4 刘宽停;贺景昌;;整合后乡镇煤矿老空水防治措施[J];中州煤炭;2005年06期

5 张磊鑫;张庆民;;汶南煤矿西部小矿老空水梯级调控技术[J];山东煤炭科技;2006年01期

6 李冠良;袁凌晖;邢吉亮;谈安彬;;老空水防治技术探讨[J];煤炭工程;2007年02期

7 张辉;;受老空水威胁工作面的防治水工作[J];河北煤炭;2007年04期

8 吴维加;;煤矿井下老空水的防治技术研究[J];中国煤炭;2007年12期

9 刘元洪;田锡平;姚矿山;;三面受老空水威胁的炮采工作面防治水实践[J];中州煤炭;2009年04期

10 赵恒春;;老空水放水探讨[J];煤炭技术;2009年10期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 孙希亮;来庆新;郑恒军;;矿井老空水探放技术探讨[A];山东省煤炭学会2006年年会论文集[C];2006年

2 吴维加;;煤矿井下老空水的防治技术研究[A];中国职业安全健康协会2007年学术年会论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 通讯员 贺景昌 王彦功 记者 刘宏;文湾煤业公司成功探放万余吨老空水[N];中国煤炭报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 罗立平;矿井老空水形成机制与防水煤柱留设研究[D];中国矿业大学（北京）;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王敬X;应力—水耦合作用下的煤矿突水预警技术研究[D];重庆科技学院;2016年

2 康显强;旧采残煤区积水形成机制及处置技术研究[D];太原理工大学;2012年

  本文关键词：应力—水耦合作用下的煤矿突水预警技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：286955