發(fā)布時間：2021-01-15 14:02

　　本文通過現(xiàn)場調研,運用理論分析和計算機數(shù)值模擬相結合的綜合研究方法,對承壓水上采煤過程中煤層底板巖層的復雜應力場和位移場、塑性區(qū)域分布以及巖層破壞機理進行了系統(tǒng)深入的探究。首先建立了考慮固體骨架運動的非Darcy運動方程,以及固體基質和流體的連續(xù)性方程,得到了滲流場與應力場耦合的運動控制方程；通過無量綱化和差分公式變換,得到各節(jié)點的孔隙壓力及滲流速度的時間序列公式。接著運用彈性薄板理論研究了煤層底板關鍵層應力場的力學特征,探究了底板應力場的傳播擴散規(guī)律及任一點處的應力,對應力的主要影響因素進行了分析,運用巖體彈塑性力學知識計算了底板關鍵層的臨界荷載;并對底板巖體破壞后的結構及穩(wěn)定性進行了分析。最后運用FLAC3D數(shù)值模擬軟件探究了在不同孔隙壓力,含水層巖性,工作面寬度的影響下,煤層底板巖層中應力場,位移場運移規(guī)律和塑性區(qū)域分布規(guī)律。該研究成果為承壓水下煤層開采提供了理論參考,為類似條件下煤層開采提供有益的參考價值。 

【文章來源】：安徽理工大學安徽省

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
1 緒論
    1.1 問題的提出
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 底板巖層破斷突水機制及力學模型研究現(xiàn)狀
        1.2.2 巖體流-固耦合理論研究現(xiàn)狀
        1.2.3 巖體滲流破壞的實驗研究現(xiàn)狀
        1.2.4 巖體-流固耦合的數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
    1.3 存在的問題
        1.3.1 有關承壓水上采煤存在的問題
        1.3.2 有關流-固耦合在采礦中的研究不足
    1.4 論文研究的主要內容
    1.5 論文研究的理論和實際意義
    1.6 研究方法及技術路線
2 煤層底板巖體流-固耦合特征試分析
    2.1 有效應力原理
    2.2 應力場方程
    2.3 滲流場的運動方程
    2.4 滲流場的控制方程
    2.5 狀態(tài)方程
    2.6 流-固耦合方程的試探性求解
    2.7 流-固耦合平衡態(tài)的穩(wěn)定性分析
    2.8 本章小結
3 承壓水上采煤底板巖體破壞特征
    3.1 煤層底板應力場的力學分析
        3.1.1 以薄板模型分析底板應力場
y影響因素分析">        3.1.2 應力σ_y影響因素分析
x影響因素分析">        3.1.3 應力σ_x影響因素分析
    3.2 底板關鍵層的臨界荷載
        3.2.1 臨界荷載計算
        3.2.2 底板關鍵層的破斷依據(jù)
    3.3 底板巖梁破斷后的結構及穩(wěn)定性分析
        3.3.1 結構的回轉失穩(wěn)
        3.3.2 結構的變形失穩(wěn)
    3.4 本章小結
4 承壓水上采煤底板巖體變形與破壞規(guī)律的數(shù)值模擬研究
3D在流固耦合分析中的應用">    4.1 FLAC^3D在流固耦合分析中的應用
        4.1.1 簡介
        4.1.2 流-固耦合相互作用數(shù)值表達
    4.2 數(shù)值模擬計算模型的建立
        4.2.1 建模原則
        4.2.2 計算模型及參數(shù)
        4.2.3 模擬方案設計及模擬步驟
        4.2.4 巖體力學參數(shù)的選取
    4.3 數(shù)值模擬計算結果分析
        4.3.1 不同推進度下底板巖體塑性區(qū)域分布
        4.3.2 煤層底板不同深度處應力分布
        4.3.3 煤層底板不同深度處巖體位移分布
        4.3.4 不同巖性含水層上方巖層中應力區(qū)域分布
        4.3.5 不同承壓水壓作用下的底板應力區(qū)域分布
        4.3.6 不同工作面寬度下的煤層底板應力區(qū)域分布
    4.4 本章小結
5 主要結論與展望
    5.1 主要結論
    5.2 展望
參考文獻
致謝
作者簡介及讀研期間主要科研成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]煤層底板彈性巖梁力學模型探討[J]. 郭敬中,孟祥瑞,高召寧.  煤炭工程. 2011(08)
[2]采礦工程中的流固耦合問題的復雜性淺談[J]. 王強,唐軍化,徐金海,陳占清.  科技創(chuàng)新導報. 2011(06)
[3]采動條件下煤層底板變形破壞特征研究[J]. 高召寧,孟祥瑞.  礦業(yè)安全與環(huán)保. 2010(03)
[4]無斷層底板關鍵層破斷后的穩(wěn)定性和突水分析[J]. 林遠東,涂敏.  科技信息. 2010(04)
[5]用彈性板理論建立地表沉陷預計模型[J]. 郝延錦,吳立新,戴華陽.  巖石力學與工程學報. 2006(S1)
[6]FLAC3D模擬采動巖體滲流規(guī)律[J]. 馬立強,張東升,繆協(xié)興,王紅勝,封金權.  湖南科技大學學報(自然科學版). 2006(03)
[7]開采煤層底板“四帶”劃分理論與實踐[J]. 施龍青,韓進.  中國礦業(yè)大學學報. 2005(01)
[8]采礦工作面推進的準動態(tài)FLAC數(shù)值模擬[J]. 尹尚先,汪益敏.  華南理工大學學報(自然科學版). 2003(S1)
[9]飽和多孔介質流固耦合滲流的數(shù)學模型[J]. 李培超,孔祥言,盧德唐.  水動力學研究與進展（A輯）. 2003(04)
[10]陷落柱影響采場圍巖破壞和底板突水的數(shù)值模擬分析[J]. 尹尚先,王尚旭.  煤炭學報. 2003(03)

博士論文
[1]巖石破裂過程滲透性質及其與應力耦合作用研究[D]. 楊天鴻.東北大學 2001

碩士論文
[1]急斜煤層水平分段放頂煤開采圍巖結構及其控制性研究[D]. 邵小平.西安科技大學 2005



本文編號：2978997