煤矿地下水库挡水坝体防渗型式与渗控效果研究

发布时间：2017-08-01 01:02

  本文关键词：煤矿地下水库挡水坝体防渗型式与渗控效果研究

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【摘要】：渗透稳定是影响煤矿地下水库挡水坝的安全运行的重要因素,地下水库挡水坝体渗透破坏,是造成煤矿地下水库事故的主要原因,通过设置防渗帷幕等措施,降低挡水坝体周围的渗透压力和渗透量,对于煤矿地下水库坝体的安全稳定相当重要,在煤矿开采完成后形成的地下空间建造地下水库,由于其复杂地质条件和采矿后形成的损伤区,地下水库挡水坝体周围的渗流场也比较复杂。实际工程中使用水利行业相关技术规范和计算方法,在挡水坝体周围设置防渗帷幕,使用规范计算坝体周围的渗流量,本文使用有限元方法模拟包含煤层构造、采矿后形成的损伤区,以及挡水坝体的构造进行有限元计算,可模拟出煤矿地下水库挡水坝体周围的渗流场,计算出坝体周围的渗流量,通过与规范计算的数值相对比,更能反映出实际工程的情况。本文对鄂尔多斯大柳塔煤矿地下水库不同类型的挡水坝体建立了包含混凝土、粘土、砖墙结构的挡水坝体,不同长度的坝体防渗帷幕,煤矿的安全煤柱,岩层分区的有限元数值模型,在煤矿开采形成的地下空间修建地下水库后,对煤矿地下水库三种不同类型的挡水坝体的渗流场进行了有限元数值计算;结合已建工程中存在的问题进行了不同坝前水位的对比计算;评估了已经建成的地下水库挡水坝体的防渗的效果;通过数值模拟计算,对采矿形成的损伤区以及防渗帷幕灌浆区渗透性的改变对造成的渗流场的影响;计算了当在坝前水位相同的条件下,改变防渗帷幕渗透系数,对地下水库挡水坝体周围流场的影响;同时还模拟了坝体周围不设置防渗帷幕的情况下,坝体周围的渗流场,通过比较无帷幕,3m帷幕,5m帷幕的不同工况下坝体周围渗流场情况,得出了相关结论,可以作为实际工程中重要的参考依据。渗流计算成果认为大柳塔煤矿地下水库挡水坝体的帷幕灌浆防渗系统是非常有效的;防渗帷幕能有效的阻隔坝体上游的水流,减小坝体渗流量。计算成果为煤矿地下水库挡水坝体的防渗系统调整与坝体安全评价提供了可靠的依据。为挡水坝体防渗帷幕的布置提供了具体方案。
【关键词】：煤矿 地下水库 挡水坝体 有限元计算 防渗帷幕
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD745
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1. 问题的提出9
• 1.2. 选题背景和意义9-11
• 1.3. 文献综述11-14
• 1.3.1. 防渗措施作用下的效果11-12
• 1.3.2. 大柳塔煤矿地质与区域水文地质特征12-14
• 1.3.3. 裂隙岩体渗流数学模型14
• 1.4. 研究方法14-15
• 1.5. 论文结构15-16
• 第2章 渗流计算原理16-30
• 2.1. 渗流的基本方程16-19
• 2.1.1. 达西定律16-17
• 2.1.2. 连续方程17
• 2.1.3. 渗流基本微分方程17-18
• 2.1.4. 定解条件18-19
• 2.2. 渗流模型19-27
• 2.2.1. 数值计算方法19-20
• 2.2.2. 有限元求解渗流场原理20-27
• 2.3. 等效连续介质原理27-30
• 2.3.1. 渗流场控制方程式27
• 2.3.2. 求解渗流场的有限单元法27-30
• 第3章 煤矿地下水库单个挡水坝体三维有限元渗流计算分析30-52
• 3.1 单个挡水坝体工程概况30-31
• 3.2 单个挡水坝体地质条件及防渗措施31-32
• 3.2.1 单个挡水坝体的地层条件31-32
• 3.2.2 单个挡水坝体防渗措施32
• 3.3 单个坝体三维渗流场计算32-46
• 3.3.1 单个坝体模型的建立以及渗透参数32-34
• 3.3.2 计算工况34-35
• 3.3.3 工况一：单个坝体四周无防渗帷幕35-38
• 3.3.4 工况二：单个坝体四周防渗帷幕长度为 3m38-40
• 3.3.5 工况三：单个坝体四周防渗帷幕长度为 5m40-43
• 3.3.6 工况四：防渗帷幕长度为 5m时改变防渗帷幕渗透系数43-46
• 3.4 小结46-52
• 3.4.1 单个挡水坝体渗流量与防渗帷幕长度的关系46-50
• 3.4.2 坝前水位不变改变防渗帷幕的渗透系数50-52
• 第4章 煤矿地下水库双坝体三维有限元渗流计算分析52-74
• 4.1. 双坝体工程概况52-53
• 4.2. 双坝体地质条件及防渗措施53-54
• 4.2.1. 双坝体的地层条件53-54
• 4.2.2. 双坝体防渗措施54
• 4.3. 双坝体三维渗流场计算54-69
• 4.3.1. 双坝体模型的建立以及渗透参数54-56
• 4.3.2. 计算工况56-57
• 4.3.3. 工况一：双坝体四周无防渗帷幕57-60
• 4.3.4. 工况二：双坝体四周防渗帷幕长度为 3m60-63
• 4.3.5. 工况三：双坝体四周防渗帷幕长度为 5m63-66
• 4.3.6. 工况四：防渗帷幕长度为 5m时改变防渗帷幕渗透系数66-69
• 4.4. 小结69-74
• 4.4.1. 双水坝体渗流量与防渗帷幕长度的关系69-72
• 4.4.2. 坝前水位不变改变防渗帷幕的渗透系数72-74
• 第5章 煤矿地下水库三坝体三维有限元渗流计算分析74-99
• 5.1. 三坝体工程概况74-75
• 5.2. 三坝体地质条件及防渗措施75-76
• 5.2.1. 三坝体的地层条件75-76
• 5.2.2. 三坝体防渗措施76
• 5.3. 三坝体三维渗流场计算76-94
• 5.3.1. 三坝体模型的建立以及渗透参数76-78
• 5.3.2. 计算工况78-79
• 5.3.3. 工况一：三坝体四周无防渗帷幕79-82
• 5.3.4. 工况二：三坝体四周防渗帷幕长度为 3m82-86
• 5.3.5. 工况三：三坝体四周防渗帷幕长度为 5m86-90
• 5.3.6. 工况四：防渗帷幕长度为 5m时改变防渗帷幕渗透系数90-94
• 5.4. 小结94-99
• 5.4.1. 三坝体渗流量与防渗帷幕长度的关系94-97
• 5.4.2. 坝前水位不变改变防渗帷幕的渗透系数97-99
• 第6章 结论与展望99-101
• 6.1. 结论99-100
• 6.2. 展望100-101
• 参考文献101-103
• 致谢103-105
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果105

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本文编号：601844