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基于COMSOL的煤矿顶板运移规律及渗流特性研究

发布时间:2018-05-31 05:04

  本文选题:采动覆岩 + 数值模拟 ; 参考:《广西大学》2016年硕士论文


【摘要】:煤炭是我国能源的基石,实现煤矿的安全开采是保障我国能源安全以及数以百万计矿工生命财产安全的根本。本文总结了近年来煤矿事故的灾害类型及发生规律,认为减少顶板事故和水灾事故是控制事故总量和危害程度的重中之重。因此,研究煤炭回采后顶板岩层的运移规律及渗流规律对于水体下煤层的安全开采具有十分重要的意义。本文针对水体下煤层开采的复杂条件,以渗流理论及流固耦合机理为基础,利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合分析软件建立水体下开采的应力场-渗流场耦合数值模型,对开采后上覆岩层的移动变形、破坏情况及渗流特性进行求解分析,其结果表明:水压及工作面推进长度的增加均会导致顶板岩层的变形程度、应力、塑性区范围及隔水层的渗流速度的增大;预留煤柱或者充填采空区能在一定程度上减小采动后覆岩的破坏。因而水体下开采时十分有必要对水压情况进行实时监测和预警,并综合考虑工作面的安全开采长度、安全开采深度、预留煤柱及充填采空区这几个因素,防止导水裂隙带发展到水体,避免工作面与水体之间形成涌水通道造成透水事故,从而保证矿山的安全开采。本文的研究成果可为顶板透水灾害的预防与治理提供理论依据和参考。
[Abstract]:Coal is the cornerstone of our country's energy resources. To realize the safe mining of coal mines is the fundamental to ensure the energy security of our country and the safety of millions of miners' lives and property. This paper summarizes the disaster types and occurrence rules of coal mine accidents in recent years, and considers that reducing roof accidents and flood accidents is the most important thing to control the total number and harm degree of accidents. Therefore, it is of great significance for the safe mining of coal seam under water to study the migration and seepage law of roof strata after coal mining. Aiming at the complex conditions of coal seam mining under water body, based on seepage theory and fluid-solid coupling mechanism, the coupled numerical model of stress-seepage field is established by using COMSOL Multiphysics multi-physical field coupling analysis software. The displacement, deformation, failure and seepage characteristics of the overlying strata after mining are solved and analyzed. The results show that the increase of water pressure and working face advance length will lead to the deformation degree and stress of the roof strata. The extent of plastic zone and the seepage velocity of water-proof layer increase, and the failure of overburden rock after mining can be reduced to a certain extent by reserving coal pillar or filling goaf. Therefore, it is necessary to monitor and warn the water pressure situation in real time when mining under the water body, and to consider the safety mining length, the safe mining depth, the reserve coal pillar and the filling goaf. To prevent the water diversion fracture zone from developing to the water body and to avoid the formation of water gushing channel between the working face and the water body resulting in the accident of water permeation thus ensuring the safe mining of the mine. The research results of this paper can provide theoretical basis and reference for prevention and control of roof permeable disaster.
【学位授予单位】:广西大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TD327.2;TD745

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本文编号:1958400

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