承压岩溶水上采煤底板突水机理探讨
发布时间：2021-01-15 14:02
本文通过现场调研,运用理论分析和计算机数值模拟相结合的综合研究方法,对承压水上采煤过程中煤层底板岩层的复杂应力场和位移场、塑性区域分布以及岩层破坏机理进行了系统深入的探究。首先建立了考虑固体骨架运动的非Darcy运动方程,以及固体基质和流体的连续性方程,得到了渗流场与应力场耦合的运动控制方程；通过无量纲化和差分公式变换,得到各节点的孔隙压力及渗流速度的时间序列公式。接着运用弹性薄板理论研究了煤层底板关键层应力场的力学特征,探究了底板应力场的传播扩散规律及任一点处的应力,对应力的主要影响因素进行了分析,运用岩体弹塑性力学知识计算了底板关键层的临界荷载;并对底板岩体破坏后的结构及稳定性进行了分析。最后运用FLAC3D数值模拟软件探究了在不同孔隙压力,含水层岩性,工作面宽度的影响下,煤层底板岩层中应力场,位移场运移规律和塑性区域分布规律。该研究成果为承压水下煤层开采提供了理论参考,为类似条件下煤层开采提供有益的参考价值。
【文章来源】：安徽理工大学安徽省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 问题的提出
1.2 国内外研究现状
1.2.1 底板岩层破断突水机制及力学模型研究现状
1.2.2 岩体流-固耦合理论研究现状
1.2.3 岩体渗流破坏的实验研究现状
1.2.4 岩体-流固耦合的数值模拟研究现状
1.3 存在的问题
1.3.1 有关承压水上采煤存在的问题
1.3.2 有关流-固耦合在采矿中的研究不足
1.4 论文研究的主要内容
1.5 论文研究的理论和实际意义
1.6 研究方法及技术路线
2 煤层底板岩体流-固耦合特征试分析
2.1 有效应力原理
2.2 应力场方程
2.3 渗流场的运动方程
2.4 渗流场的控制方程
2.5 状态方程
2.6 流-固耦合方程的试探性求解
2.7 流-固耦合平衡态的稳定性分析
2.8 本章小结
3 承压水上采煤底板岩体破坏特征
3.1 煤层底板应力场的力学分析
3.1.1 以薄板模型分析底板应力场
y影响因素分析"> 3.1.2 应力σy影响因素分析
x影响因素分析"> 3.1.3 应力σx影响因素分析
3.2 底板关键层的临界荷载
3.2.1 临界荷载计算
3.2.2 底板关键层的破断依据
3.3 底板岩梁破断后的结构及稳定性分析
3.3.1 结构的回转失稳
3.3.2 结构的变形失稳
3.4 本章小结
4 承压水上采煤底板岩体变形与破坏规律的数值模拟研究
3D在流固耦合分析中的应用"> 4.1 FLAC3D在流固耦合分析中的应用
4.1.1 简介
4.1.2 流-固耦合相互作用数值表达
4.2 数值模拟计算模型的建立
4.2.1 建模原则
4.2.2 计算模型及参数
4.2.3 模拟方案设计及模拟步骤
4.2.4 岩体力学参数的选取
4.3 数值模拟计算结果分析
4.3.1 不同推进度下底板岩体塑性区域分布
4.3.2 煤层底板不同深度处应力分布
4.3.3 煤层底板不同深度处岩体位移分布
4.3.4 不同岩性含水层上方岩层中应力区域分布
4.3.5 不同承压水压作用下的底板应力区域分布
4.3.6 不同工作面宽度下的煤层底板应力区域分布
4.4 本章小结
5 主要结论与展望
5.1 主要结论
5.2 展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤层底板弹性岩梁力学模型探讨[J]. 郭敬中,孟祥瑞,高召宁. 煤炭工程. 2011(08)
[2]采矿工程中的流固耦合问题的复杂性浅谈[J]. 王强,唐军化,徐金海,陈占清. 科技创新导报. 2011(06)
[3]采动条件下煤层底板变形破坏特征研究[J]. 高召宁,孟祥瑞. 矿业安全与环保. 2010(03)
[4]无断层底板关键层破断后的稳定性和突水分析[J]. 林远东,涂敏. 科技信息. 2010(04)
[5]用弹性板理论建立地表沉陷预计模型[J]. 郝延锦,吴立新,戴华阳. 岩石力学与工程学报. 2006(S1)
[6]FLAC3D模拟采动岩体渗流规律[J]. 马立强,张东升,缪协兴,王红胜,封金权. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2006(03)
[7]开采煤层底板“四带”划分理论与实践[J]. 施龙青,韩进. 中国矿业大学学报. 2005(01)
[8]采矿工作面推进的准动态FLAC数值模拟[J]. 尹尚先,汪益敏. 华南理工大学学报(自然科学版). 2003(S1)
[9]饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型[J]. 李培超,孔祥言,卢德唐. 水动力学研究与进展（A辑）. 2003(04)
[10]陷落柱影响采场围岩破坏和底板突水的数值模拟分析[J]. 尹尚先,王尚旭. 煤炭学报. 2003(03)
博士论文
[1]岩石破裂过程渗透性质及其与应力耦合作用研究[D]. 杨天鸿.东北大学 2001
硕士论文
[1]急斜煤层水平分段放顶煤开采围岩结构及其控制性研究[D]. 邵小平.西安科技大学 2005
本文编号：2978997
【文章来源】：安徽理工大学安徽省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 问题的提出
1.2 国内外研究现状
1.2.1 底板岩层破断突水机制及力学模型研究现状
1.2.2 岩体流-固耦合理论研究现状
1.2.3 岩体渗流破坏的实验研究现状
1.2.4 岩体-流固耦合的数值模拟研究现状
1.3 存在的问题
1.3.1 有关承压水上采煤存在的问题
1.3.2 有关流-固耦合在采矿中的研究不足
1.4 论文研究的主要内容
1.5 论文研究的理论和实际意义
1.6 研究方法及技术路线
2 煤层底板岩体流-固耦合特征试分析
2.1 有效应力原理
2.2 应力场方程
2.3 渗流场的运动方程
2.4 渗流场的控制方程
2.5 状态方程
2.6 流-固耦合方程的试探性求解
2.7 流-固耦合平衡态的稳定性分析
2.8 本章小结
3 承压水上采煤底板岩体破坏特征
3.1 煤层底板应力场的力学分析
3.1.1 以薄板模型分析底板应力场
y影响因素分析"> 3.1.2 应力σy影响因素分析
x影响因素分析"> 3.1.3 应力σx影响因素分析
3.2 底板关键层的临界荷载
3.2.1 临界荷载计算
3.2.2 底板关键层的破断依据
3.3 底板岩梁破断后的结构及稳定性分析
3.3.1 结构的回转失稳
3.3.2 结构的变形失稳
3.4 本章小结
4 承压水上采煤底板岩体变形与破坏规律的数值模拟研究
3D在流固耦合分析中的应用"> 4.1 FLAC3D在流固耦合分析中的应用
4.1.1 简介
4.1.2 流-固耦合相互作用数值表达
4.2 数值模拟计算模型的建立
4.2.1 建模原则
4.2.2 计算模型及参数
4.2.3 模拟方案设计及模拟步骤
4.2.4 岩体力学参数的选取
4.3 数值模拟计算结果分析
4.3.1 不同推进度下底板岩体塑性区域分布
4.3.2 煤层底板不同深度处应力分布
4.3.3 煤层底板不同深度处岩体位移分布
4.3.4 不同岩性含水层上方岩层中应力区域分布
4.3.5 不同承压水压作用下的底板应力区域分布
4.3.6 不同工作面宽度下的煤层底板应力区域分布
4.4 本章小结
5 主要结论与展望
5.1 主要结论
5.2 展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤层底板弹性岩梁力学模型探讨[J]. 郭敬中,孟祥瑞,高召宁. 煤炭工程. 2011(08)
[2]采矿工程中的流固耦合问题的复杂性浅谈[J]. 王强,唐军化,徐金海,陈占清. 科技创新导报. 2011(06)
[3]采动条件下煤层底板变形破坏特征研究[J]. 高召宁,孟祥瑞. 矿业安全与环保. 2010(03)
[4]无断层底板关键层破断后的稳定性和突水分析[J]. 林远东,涂敏. 科技信息. 2010(04)
[5]用弹性板理论建立地表沉陷预计模型[J]. 郝延锦,吴立新,戴华阳. 岩石力学与工程学报. 2006(S1)
[6]FLAC3D模拟采动岩体渗流规律[J]. 马立强,张东升,缪协兴,王红胜,封金权. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2006(03)
[7]开采煤层底板“四带”划分理论与实践[J]. 施龙青,韩进. 中国矿业大学学报. 2005(01)
[8]采矿工作面推进的准动态FLAC数值模拟[J]. 尹尚先,汪益敏. 华南理工大学学报(自然科学版). 2003(S1)
[9]饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型[J]. 李培超,孔祥言,卢德唐. 水动力学研究与进展（A辑）. 2003(04)
[10]陷落柱影响采场围岩破坏和底板突水的数值模拟分析[J]. 尹尚先,王尚旭. 煤炭学报. 2003(03)
博士论文
[1]岩石破裂过程渗透性质及其与应力耦合作用研究[D]. 杨天鸿.东北大学 2001
硕士论文
[1]急斜煤层水平分段放顶煤开采围岩结构及其控制性研究[D]. 邵小平.西安科技大学 2005
本文编号：2978997
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