煤矿断层活化与突水的力学机理研究

发布时间：2017-06-04 12:06

  本文关键词：煤矿断层活化与突水的力学机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：长期以来,我国矿井突水事故屡有发生,由于这种事故对井下工作人员的人身安全及煤矿生产构成严重威胁,有关突水机理以及突水防治的研究一直受到煤炭科研领域的重视。矿井突水事故的发生形式之一是回采工作面的底板断层产生突水,而采场底板断层突水主要是因为在采动过程中断层发生了活化,使采场底板与含水层之间产生了连通裂隙,形成了水流通道,含水层的水经过此裂隙涌入工作面导致矿井突水事故的发生。论文利用理论分析方法和数值模拟方法针对采场底板的断层活化以及突水的力学机理进行了系统研究。首先,针对回采工作面的底板断层及断层活化引起的突水,创建了力学分析模型并对断层活化和突水灾害的产生进行了分析、研究,计算了回采工作面断层周围应力的分布规律,建立了判断断层活化的剪应力准则。另外,利用流体力学中的控制体积法,通过建立含水层水流流过断层活化裂隙时的水流动力学控制方程,分析了裂隙中水压的分布;利用断裂力学的相关理论,通过分析断层带受水压作用时的裂隙扩展规律,建立了裂隙扩展的扩展判据。其次,基于生产矿井的实际情况建立了数值模拟分析模型,通过用FlowRFPAD-2软件进行数值模拟,分析、研究了采动过程中采场底板断层所具有的活化特征和范围,模拟研究了底板断层的落差、倾角以及承压水水压对断层活化以及突水的影响。研究结果表明:底板断层落差越大,底板的断层就越容易活化;底板断层的倾角越小,断层就越容易活化;承压水水压越大,底板断层就越容易活化。底板断层越容易活化,导致突水灾害事故的可能性就越大。
【关键词】：断层活化 突水 力学机理 RFPA~(2D)-Flow模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD745
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 完整底板突水机理研究10-15
• 1.2.2 断层突水机理研究现状15-16
• 1.3 论文主要研究内容16-17
• 1.4 研究路线图17-18
• 第二章 采场底板断层活化力学分析18-33
• 2.1 断层活化的力学分析18-32
• 2.1.1 采场底板的应力重新分布18-20
• 2.1.2 计算断层带围岩应力20-32
• 2.2 本章小结32-33
• 第三章 断层中裂隙扩展规律33-49
• 3.1 水压对裂隙面的作用33-34
• 3.2 裂隙面的水压分布规律34-41
• 3.2.1 质量守恒方程37-38
• 3.2.2 动量守恒方程38-40
• 3.2.3 计算裂隙内的水压分布40-41
• 3.3 裂隙扩展判据41-48
• 3.3.1 裂隙的基本类型41-42
• 3.3.2 裂隙尖端的应力场42-43
• 3.3.3 复合裂隙的应力强度因子43-45
• 3.3.4 对裂隙扩展的判断45-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 含断层采场底板导水通道的形成分析49-57
• 4.1 概述49
• 4.2 连通裂隙中的非稳定流分析49-56
• 4.2.1 非稳定流分析推导中的基本假定：50-51
• 4.2.2 质量守恒方程51-52
• 4.2.3 动量守恒方程52-54
• 4.2.4 初始和边界条件54-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第五章 采场底板突水的影响因素模拟57-76
• 5.1 数值模拟57-59
• 5.1.1 数值模拟模型57-58
• 5.1.2 数值计算方案58-59
• 5.2 断层倾角对底板突水的影响59-64
• 5.3 断层落差对断层活化的影响64-69
• 5.4 含水层水压对断层活化的影响69-75
• 5.5 本章小结75-76
• 第六章 结论与展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文与参与的科研项目83

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本文编号：420907