环境因素及行车荷载影响下矿井辅助运输巷道底板动力响应研究

发布时间：2023-10-06 14:09

　　我国90%以上的煤炭资源以井工方式开采。不同地区和深度的矿井,巷道底板岩体的物理性质相差较大,而且各巷道所处的环境也存在较大差异。辅助运输设备长时间运行时,不同巷道底板的动力响应特性也有所不同。随着开采向深部发展,矿井轨道运输量的增大,井下环境以及行车荷载对巷道辅助运输的影响会越来越大,为了保持巷道底板稳定服役,需要系统研究环境因素与行车荷载共同作用下,巷道底板的动力响应特性。本文从岩土工程领域的饱和多孔介质理论出发,针对不同环境因素以行车荷载条件下的巷道底板建立不同模型来进行分析。首先,根据不同巷道底板岩体力学性质的不同,基于Biot理论,建立考虑流固耦合的饱和多孔介质模型来模拟巷道底板。选用不同弹性模量、孔隙率以及渗透率等不同力学特性岩体材料对巷道底板动力响应造成差异进行分析。结果表明不同弹性模量、孔隙率、渗透系数对巷道底板的位移、孔隙水压力等动力响应差异较为显著。其次,针对井下复杂的温度环境,基于现有热-流-固耦合理论,建立考虑温度效应的饱和多孔介质热流固耦合模型,分析荷载和巷道底板岩体与表面温差变化对巷道底板动力响应的影响,发现温差变化会对巷道底板动力响应产生较为显著的影响。最...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题的背景及研究意义
    1.2 国内研究现状
        1.2.1 岩石流-固耦合的研究现状
        1.2.2 岩石热-流-固三场耦合的研究现状
        1.2.3 行车荷载对线路地基影响研究现状
    1.3 研究内容与技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 技术路线
2 流固耦合条件下巷道底板动力响应特性研究
    2.1 饱和多孔介质控制方程
    2.2 Comsol Multiphysics PDE模型的建立
        2.2.1 u-U-p型方程的广义变换
        2.2.2 二维饱和岩体模型的建立
    2.3 数值计算和讨论
        2.3.1 数值模型和方法的验证
        2.3.2 不同透水条件对巷道底板动力响应的影响
        2.3.3 不同模量孔隙率及渗透条件对巷道底板动力响应的影响
    2.4 本章小结
3 考虑温度效应的矿井巷道底板的动力响应研究
    3.1 热流固耦合模型及控制方程
        3.1.1 热流固耦合运动动方程
        3.1.2 流体平衡方程
        3.1.3 热平衡方程
    3.2 T-H-M耦合动力响应的求解
        3.2.1 数学模型的建立
        3.2.2 Comsol Multiphysics PDE模型的建立
        3.2.3 边界条件
    3.3 数值模拟与分析
        3.3.1 温度对巷道底板动力响应的影响
        3.3.2 不同荷载对巷道底板动力响应的影响
    3.4 本章小结
4 行车荷载作用下巷道底板动力响应分析
    4.1 矿井轨道车辆-轨道系统耦合系统动力模型及振动特性分析
        4.1.1 车辆模型及动力方程
        4.1.2 轨道系统的动力方程
        4.1.3 轮轨垂向耦合关系
        4.1.4 运动方程的求解
        4.1.5 耦合系统的动力响应分析
    4.2 矿井轨道辅助运输车不同工况运行下巷道底板的动力响应研究
        4.2.1 动力控制方程
        4.2.2 Comsol Multiphysic PDE模型的建立
        4.2.3 数值计算与分析
    4.3 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录
    攻读硕士学位期间研究成果



本文编号：3851851