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断层防水煤柱合理留设的流固耦合分析

作　者: 卢兴利
导　师: 尤春安
学　校: 山东科技大学
专　业: 岩土工程
关键词: 矿井水害断层断层防水煤柱流固耦合数值模拟
分类号: TD745.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 423次
引　用: 3次
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内容摘要

矿井水害是影响和威胁中国煤矿安全、高效生产的主要因素之一。大量的统计结果表明，突水绝大多数是与断层有着直接关系。而留设断层防水煤柱就成为一种堵塞通道、隔断水源，防止构造突水的重要措施。但在各种情况下，如何留设断层防水煤岩柱，用什么方法计算防水煤岩柱尺寸才算合理，至今尚无一个合理的计算办法。防水煤柱留设过大，虽有利于安全生产，但积压了大量的煤炭资源；若留设过小，则又会威胁煤矿生产的安全。同时突水事故又是应力场和渗流场共同作用的结果。因此尽可能全面地考虑诸多影响因素，会使留设的煤柱尺寸趋于科学性和合理性，使之既能保证煤矿安全生产和建设，又能最大限度地回收煤炭资源。本文在全面考虑影响断层防水煤柱留设因素的前提下，建立了合适的力学模型，将岩体力学弹塑性有限元理论与渗流理论相结合，系统提出模型的耦合计算方法，即：应用岩体(石)力学弹塑性有限元理论及流固耦合分析原理，反复计算留设不同煤柱宽度时的围岩应力及其变化，分析在变化的应力状态下断层的稳定性，得出塑性破坏区，同时研究塑性破坏区的展布特征。在此基础上，确定最佳的防水煤柱尺寸，使之既能保证塑性破坏区不会波及导水断层从而避免水害事故，又能最大限度地回收煤炭资源。本文应用数值模拟分析方法对防水煤柱进行流固耦合分析，是一种更接近于实际情况的有效分析方法，为防水煤柱的合理留设提供了一种可靠的数值分析方法，具有很好的应用前景。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-20
  1.1 研究的目的和意义  11-13
  1.2 断层防水煤柱留设的国内外研究现状  13-16
  1.3 流固耦合理论与工程实践的研究现状  16-18
  1.4 发展趋势  18-19
  1.5 研究思路及主要研究内容  19-20
2 断层防水煤柱留设的原则及方法  20-29
  2.1 断层的基本概念及类型  20-22
  2.2 断层突水机理  22-24
  2.3 防水煤(岩)柱的概念及种类  24-25
  2.4 断层防水煤柱留设影响因素分析  25-26
  2.5 断层防水煤柱留设原则及方法  26-29
3 煤岩体渗流基本理论  29-37
  3.1 渗流基本概念  29-30
  3.2 煤岩体中渗流的Darcy定律及其有限元理论  30-34
  3.3 煤岩体中的渗流基本微分方程  34
  3.4 水对煤岩体强度的影响  34-37
4 岩土工程数值分析方法与本构关系  37-48
  4.1 岩土工程中常用的数值方法  37-43
  4.2 岩土材料本构模型简介  43-45
  4.3 岩土材料屈服准则  45-48
5 渗流场分析在ANSYS中的实现  48-56
  5.1 ANSYS软件简介  48-49
  5.2 渗流场与温度场相似性分析  49-53
  5.3 ANSYS中边界条件的处理  53
  5.4 渗流场分析方法  53-56
6 流固耦合理论在断层防水煤柱合理留设实际工程中的应用  56-74
  6.1 引言  56
  6.2 数值模型的建立  56-60
  6.3 断层防水煤柱的分析确定  60-74
7 结论及展望  74-76
  7.1 主要结论  74
  7.2 展望  74-76
致谢  76-77
攻读硕士期间主要成果  77-78
参考文献  78-82
详细摘要  82-91

断层防水煤柱合理留设的流固耦合分析

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