本文關(guān)鍵詞：帶壓開采時底板滲流與應(yīng)力耦合破壞突水機理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煤層底板突水事故一直是礦井水害中最為突出的問題,是影響煤礦生產(chǎn)安全亟待解決的問題。特別在我國華北地區(qū),隨著采深持續(xù)增加,高承壓水對煤礦威脅愈加明顯。底板突水問題可歸結(jié)為應(yīng)力場與滲流場相互作用引發(fā)的流固耦合力學(xué)問題。在煤層采掘過程中,打破了圍巖應(yīng)力原有的平衡狀態(tài),礦山壓力和水壓力共同作用下,伴隨著巖層裂紋萌生、擴展、貫通,最后斷裂導(dǎo)致失穩(wěn)破壞,承壓水涌入工作面造成巨大損失。本文通過對華北地區(qū)多個礦區(qū)的調(diào)查,對以往突水資料了解和整理,針對“華北型煤田”水文地質(zhì)特征運用理論知識、數(shù)值模擬手段以及物理相似模擬試驗方法對底板變形特點、應(yīng)力分布規(guī)律以及兩者對應(yīng)關(guān)系進行研究。主要研究結(jié)果如下:(1)對底板突水形成機理研究,闡述引起突水主要影響因素以及各因素所起的作用。建立數(shù)學(xué)模型,直觀表達了不同底板條件下突水模式,底板裂紋的受力狀態(tài)和不同裂紋破壞形式;(2)結(jié)合華北地質(zhì)資料和巖體力學(xué)性質(zhì),選用適合材料按照不同配比制作試件,并在試驗機SAS-2000監(jiān)測其力學(xué)性質(zhì),為物理相似模擬試驗選擇合理的配比號材料。根據(jù)單軸壓縮試驗所得應(yīng)力-位移曲線以及試件表現(xiàn)的破壞形式,分析了勻速荷載加載過程中試件各階段特點;(3)基于滲流與應(yīng)力耦合理論,使用RFPA2D-Flow軟件對不同底板條件、不同水壓環(huán)境進行正交試驗數(shù)值模擬。通過試驗對比,引出“破裂致突”和“滲流致突”理論,判斷出水壓環(huán)境發(fā)揮了主導(dǎo)作用,根據(jù)相對隔水層理論,分析了“天然通道”作用;(4)按照幾何參數(shù)相似比設(shè)計了物理模擬試驗,對試驗過程中底板變形破壞現(xiàn)象記錄、整理和分析,試驗證明距離開切眼60m~120m采空區(qū)處,底板裂隙產(chǎn)生最多,底鼓量最大。
【關(guān)鍵詞】：承壓水 底板隔水層 數(shù)值模擬 相似模擬 耦合機理
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD745
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 選題背景和意義11-12
• 1.1.1 選題背景11-12
• 1.1.2 課題研究意義12
• 1.2 底板突水機理理論研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 存在不足點16
• 1.4 研究內(nèi)容和技術(shù)路線16-18
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容16
• 1.4.2 研究方法與技術(shù)路線16-18
• 第2章 煤層底板突水影響因素18-26
• 2.1 突水的緣由18
• 2.2 突水通道形成分析18-21
• 2.2.1 結(jié)構(gòu)完整底板突水通道形成分析18-19
• 2.2.2 結(jié)構(gòu)不完整底板突水通道形成分析19-21
• 2.3 下伏含水層的影響21-22
• 2.3.1 水對底板巖層的作用21-22
• 2.3.2 底板含水層的富水性22
• 2.4 底板隔水層及其阻隔水能力22-24
• 2.4.1 隔水層的厚度和穩(wěn)定性22-23
• 2.4.2 隔水層的巖性以及各巖層組合關(guān)系23
• 2.4.3 典型底板隔水層的結(jié)構(gòu)23-24
• 2.5 底板突水的影響因素24-25
• 2.6 本章小結(jié)25-26
• 第3章 帶壓開采時底板采動應(yīng)力耦合分析26-35
• 3.1 煤體受載變形分析26-28
• 3.2 承壓水上開采煤層底板裂紋破壞類型分析28-32
• 3.2.1 一般的巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析28-29
• 3.2.2 單一裂隙擴展力學(xué)模型29-30
• 3.2.3 承壓水上開采煤層底板破壞的裂紋類型:30-31
• 3.2.4 底板破壞的力學(xué)分析和裂紋形式31-32
• 3.3 底板采動應(yīng)力耦合作用機制研究32-34
• 3.3.1 煤層底板支承壓力分布32-33
• 3.3.2 建立底板巖體采動應(yīng)力耦合作用模型33-34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 第4章 相似模擬試驗力學(xué)性質(zhì)研究35-56
• 4.1 相似模擬試驗概述35-36
• 4.2 試件的制作和加載過程36-39
• 4.2.1 試件的制作36-37
• 4.2.2 試件加載過程37-38
• 4.2.3 試驗可能性誤差38-39
• 4.3 巖石強度測試結(jié)果分析39-45
• 4.3.1 試件應(yīng)力-位移全過程曲線分析39-43
• 4.3.2 巖石單軸壓縮的破壞形式43-45
• 4.4 聲發(fā)射技術(shù)試驗研究45-48
• 4.4.1 聲發(fā)射信號的產(chǎn)生機理45
• 4.4.2 聲發(fā)射操作步驟45-46
• 4.4.3 試驗結(jié)果分析46-48
• 4.5 CM250/18試驗臺設(shè)計與裝載過程48-54
• 4.5.1 相似原理分析48-49
• 4.5.2 CM250/18試驗臺模型設(shè)計49-51
• 4.5.3 CM250/18平面應(yīng)力試驗臺裝載流程51-54
• 4.6 本章小結(jié)54-56
• 第5章 采動底板破壞特征試驗結(jié)果分析56-66
• 5.1 開采過程試驗設(shè)計56-57
• 5.2 底板裂隙演化特征分析57-61
• 5.2.1 裂隙產(chǎn)生和延伸過程57-60
• 5.2.2 裂隙角度分布規(guī)律60-61
• 5.3 底板應(yīng)力分布規(guī)律分析61-62
• 5.4 底板變形特征研究62-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 第6章 底板損傷破裂和滲流演化數(shù)值模擬研究66-84
• 6.1 數(shù)值模擬方法簡介66-69
• 6.1.1 基本思路66
• 6.1.2 巖石的非均勻性對應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響66-68
• 6.1.3 RFPA軟件介紹68-69
• 6.2 RFPA模型建立和參數(shù)選取69-70
• 6.2.1 參數(shù)選取69
• 6.2.2 模型建立69-70
• 6.3 數(shù)值模擬過程分析70-80
• 6.3.1 模擬試驗1過程分析70-73
• 6.3.2 模擬實驗5過程分析73-75
• 6.3.3 突水通道形成過程分析75-76
• 6.3.4 模擬試驗7過程分析76-80
• 6.4“破裂致突”和“滲流致突”理論分析80-83
• 6.5 本章小結(jié)83-84
• 第7章 結(jié)論與展望84-87
• 7.1 主要結(jié)論84-85
• 7.2 創(chuàng)新點85-86
• 7.3 展望86-87
• 致謝87-88
• 參考文獻88-92
• 作者簡介92-93

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：帶壓開采時底板滲流與應(yīng)力耦合破壞突水機理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：282164