大型地下水库模型试验监测方法研究

发布时间：2017-05-03 11:15

  本文关键词：大型地下水库模型试验监测方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：模型试验一直以来是科学研究的重要研究方法,而其监测手段与信号采集方式是获取有效数据的关键。本文结合FLAC 3D数值模拟分析并预测煤矿分布式地下水库模型试验结果,并指导该试验监测方案的设计。在此基础上,通过对试验结果进行数据分析,得到煤矿开采产生上覆岩层变形与煤柱压力等信息的变化规律,同时对试验监测方案进行综合评价。通过对模型试验进行数值模拟,发现在煤层开挖过程中上覆岩层变形呈现如下的规律:上覆岩层的变形曲线与开采方式有较强的相关性,不同的开采方式情况下会有完全不一样的变形方式,主要体现在变形随时步的发展模式不一样,但整体塌落曲线或者说主断面的变形曲线,都呈类拱形曲线。而观测点的累计量随时步的发展曲线呈一种类似玻尔兹曼分布曲线,也就是说其观测点的变形速度随时步是不均匀的,开挖之后短时间内将进入一个速度较大的过程,一段时间(稳定或不稳定)之后速度下降很快,进入一个速度很低的状态,呈现一种类似高斯曲线的发展模式。同时在Y方向上的变形量几乎没什么差别,最大变形差只有1mm左右,故此在试验误差范围内可以认为没有任何差别。同时压力变化情况,尤其是煤柱区域的压力变化会有比较复杂的特点,同层开挖产生对没住的变化规律与上层煤柱对下层的压力变化规律会有截然不同的特点。在此基础上根据模型试验的尺寸以及试验需求,对模型试验的监测方案进行了设计,不管是从最为基本的传感器的选取以及观测点的布设,还是从传感器数据的采集系统都选取了经济而又精度等方面达到足够的保证的方案。对于变形位移监测方案还是煤柱压力监测方案都选取了两种以上监测手段,这样充分保证了试验数据采集的合理性,并能够从侧面对试验监测方案做更为详尽的评价。对于渗压方案,笔者觉得一种方案能够完全保证试验需求,就只选取了一种方案。而采集系统方面,设计出了一个统一的将不同信号均可采集的多通道采集仪,并携带自身的数据处理软件,方便同步观测试验数据。最后对试验数据进行了较为详尽的分析,掌握了煤矿开采产生的变形压力等的变化规律,同时对监测方案进行了最终的评价。
【关键词】：数值模拟 变形分析 煤矿顶板 压力分析
【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】：TD325;TV623
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究现状10-13
• 1.2.1 煤矿地下水库研究现状10-12
• 1.2.2 模型试验监测研究现状12-13
• 1.3 研究内容13-15
• 1.4 研究目标15-16
• 第2章 开采沉陷区沉降及压力分布分析16-24
• 2.1 煤矿顶板安全事故特点16-17
• 2.2 采煤条件下的煤层顶板再构造17-20
• 2.2.1 采场顶板应力分布规律17-18
• 2.2.2 采场顶板变形分析18-19
• 2.2.3 破坏类型19-20
• 2.3 场上覆岩层的运动规律20-24
• 2.3.1 煤层顶板大面积开采引起的岩土体采动影响基本规律20-21
• 2.3.2 基本顶运动过程中支撑压力分布的变化规律21-24
• 第3章 FLAC 3D模拟计算分析24-47
• 3.1 数值模拟方法24-32
• 3.1.1 模拟程序24-26
• 3.1.2 本构模型26-30
• 3.1.3 计算模型及物理力学参数30-32
• 3.2 数值模拟结果分析32-46
• 3.2.1 整个结构面的变形以及应力云图分析33-38
• 3.2.2 主断面沉陷曲线拟合38-40
• 3.2.3 观测点变形曲线随时步发展曲线分析40-42
• 3.2.4 Y方向变形分析42-43
• 3.2.5 观测点压力随时步变化曲线43-46
• 3.3 小结46-47
• 第4章 模型试验监测系统设计47-71
• 4.1 模型试验概况47-49
• 4.2 监测系统组成及其构架设计49-59
• 4.2.2 上覆岩层位移变形监测方案49-55
• 4.2.3 煤柱以及关键部位的压力系统监测方案55-59
• 4.2.4 渗压系统的监测方案59
• 4.3 信号采集系统设计59-70
• 4.3.1 系统概述60
• 4.3.2 系统技术指标60-61
• 4.3.3 系统结构框图61-62
• 4.3.4 传感器信号连接62-66
• 4.3.5 调理采集系统选件技术指标66-67
• 4.3.6 系统软件67-70
• 4.4 小结70-71
• 第5章 模型试验结果分析71-105
• 5.1 变形位移数据的分析以及对监测方案的评价71-101
• 5.1.1 2-1 煤开挖引起的变形分析72-81
• 5.1.2 2-2 煤开挖引起的变形分析81-84
• 5.1.3 2-3 煤开挖引起的变形分析84-85
• 5.1.4 5-1 煤开挖引起的变形分析85-91
• 5.1.5 5-2 煤开挖引起的变形分析91-97
• 5.1.6 5-3 煤开挖引起的变形分析97-101
• 5.2 压力系统数据分析以及对监测方案的分析101-103
• 5.3 小结103-105
• 第6章 结论及展望105-108
• 6.1 结论105
• 6.2 展望105-108
• 参考文献108-111
• 致谢111-115
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果115

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