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煤矿长壁开采条件下浅埋管线变形机理研究

作　者: 刘统族
导　师: 姚磊华；程国明；陈剑
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 地质工程
关键词: 长壁开采浅埋管线数值模拟变形机理点安全系数
分类号: TD823.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

近年来煤矿采动引起的地面沉陷已对我国浅埋管线的安全构成严重威胁，今后浅埋输油管线建设、运营与煤炭资源压覆的矛盾愈来愈严重。我国东部大部分煤矿现已或将进入大批长壁式开采。因而开展“煤矿长璧式开采条件下浅埋管线的变形机理研究”理论和实际意义重大。本文在国家自然科学基金“煤矿采动条件下浅埋管线变形机理研究”支持下，以已有岩土力学参数和监测数据积累的大港石化—济南—枣庄成品油管线曲阜星村煤矿为研究对象，通过现场调查、数值模拟与理论分析等开展系统研究。取得的主要工作成果如下：1、运用有限差分软件FLAC3D中结构壳单元SHELL、接触面Interface及实体单元Brick建立了采动影响下管线-岩土相互作用的力学模型；根据联合运用CAD、ANSYS、FALC3D的建模思路建立了管线-岩土体的三维模型，实现了简便快速的三维建模；2、以星村煤矿段输油管线为研究对象，运用FLAC3D数值计算模型，模拟了3303#和3308#工作面开采工况下开采沉陷及其对管线的影响，现场监测数据验证了三维模型和参数选取的合理性；3、运用验证后的模型，模拟了星村煤矿下一步开采活动过程中诱发的地面沉陷和管线的应力应变演化规律，为浅埋管线的防护提供了科学依据；4、结合材料第四强度理论引入“点安全系数”法，对浅埋管线在开挖过程中的安全状态进行研究，为采动条件下浅埋管线安全性的评价提供了新的研究视角。

全文目录

中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-22
  1.1 选题依据及研究意义  10-12
    1.1.1 选题依据  10-11
    1.1.2 研究意义  11-12
  1.2 国内外研究现状与发展趋势  12-19
    1.2.1 地表沉陷研究  12-14
    1.2.2 管线壳体模型研究  14-16
    1.2.3 采动条件下管线变形研究  16-19
  1.3 存在的问题  19-20
  1.4 研究内容和技术路线  20-22
    1.4.1 研究内容  20
    1.4.2 研究方法及技术路线  20-22
第二章曲阜星村煤矿及管线概况  22-36
  2.1 工程概况  22-23
  2.2 管-煤空间位置及工作面开采计划  23-24
  2.3 地质环境  24-30
    2.3.1 位置与交通  24-25
    2.3.2 地形地貌  25-26
    2.3.3 地层岩性  26-30
  2.4 现场监测  30-36
    2.4.1 监测范围及布点  30-32
    2.4.2 监测方案  32-36
第三章采动影响下浅埋管线模型建立  36-50
  3.1 FLAC3D简介  36-39
    3.1.1 结构单元 SHELL 简介  36-37
    3.1.2 接触面 Interface 简介  37-39
  3.2 三维有限差模型建立  39-44
    3.2.1 模型建立步骤  39-44
    3.2.2 参数选取  44
  3.3 计算方案  44-45
  3.4 地表和管线沉降位移历史演化分析  45-48
    3.4.1 开采区地表沉降分析  46-47
    3.4.2 管线沉降分析  47-48
  3.5 本章小结  48-50
第四章浅埋管线应力应变演化研究  50-68
  4.1 地表沉陷分析  50-54
  4.2 管线应力应变分析  54-66
    4.2.1 管线变形分析  54-59
    4.2.2 管线应力分析  59-66
  4.3 本章小结  66-68
第五章浅埋管线安全性评价  68-76
  5.1 管线点安全系数定义  68-69
  5.2 点安全系数在软件中实现过程  69-70
  5.3 管线点安全系数云图  70-72
  5.4 管线安全状态分析  72-74
  5.5 管线破坏机理  74-75
  5.6 本章小结  75-76
第六章结论与展望  76-78
  6.1 结论  76-77
  6.2 展望  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-82

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