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承压水上采煤的流固耦合数值模拟

作　者: 李文敏
导　师: 高召宁
学　校: 安徽理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 承压水上采煤煤层底板流固耦合数值模拟
分类号: TD823.83
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 31次
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内容摘要

本文在分析大量参考文献、工程实例和现场调研的基础上,运用计算机数值模拟与力学理论分析相结合的科学研究方法,对承压水上采煤过程中煤层底板的复杂应力场、位移场、塑性区域分布以及底板隔水层破坏机理进行了深入的探究。首先建立承压水上采煤的FLAC3D流固耦合数值模拟模型,用FLAC3D自带的FISH语言进行编程,利用底板岩层渗透系数与应力之间的关系,将底板内渗透系数化为一个随底板内应力变化而变化动态的变量,更加符合现场工程；然后确定相应的边界条件：分步讨论工作面的推进度、工作面长度、底板承压水水压、隔水层厚度、隔水层岩层组合等因素对底板隔水层内应力、位移、底板破坏特征及承压水导升高度的影响。并建立底板隔水关键层厚板模型,通过厚板理论,分析隔水关键层的挠度及隔水关键层内应力分布特征,并利用摩尔—库仑理论判断隔水关键层是否具有隔水性能。同时结合淮北孙疃矿的工程实例,将流固耦合数值程序应用到工程实践中,再将数值模拟结果与现场实测结果进行对比。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
CONTENTS  10-13
1 绪论  13-25
  1.1 问题的提出  13-14
  1.2 国内外承压水上采煤技术的发展现状及展望  14-22
    1.2.1 国内外承压水上采煤技术的研究方法及现状  14-21
    1.2.2 存在的问题  21
    1.2.3 国内外承压水上采煤技术的研究展望  21-22
  1.3 课题的研究目的及方法  22-25
    1.3.1 研究目的  22
    1.3.2 研究方法  22-25
2 承压水上采煤底板岩体变形与破坏规律的数值模拟研究  25-67
  2.1 利用FLAC~(3D)进行流固耦合分析  25-27
    2.1.1 简介  25
    2.1.2 流-固耦合相互作用数值计算方法  25-27
  2.2 计算模型及参数  27-30
    2.2.1 模型力学参数确定  27-28
    2.2.2 数值模型及模拟方案  28-29
    2.2.3 边界条件  29-30
  2.3 不同推进长度下底板垂直应力、水平应力、承压水导升规律及破坏特征  30-37
    2.3.1 模拟开挖步骤  30
    2.3.2 计算结果分析  30-37
  2.4 不同承压水水压下底板垂直应力、水平应力、承压水导升规律及破坏特征  37-44
    2.4.1 模拟方案设计及模拟步骤  37-38
    2.4.2 数值模拟结果分析  38-44
  2.5 不同工作面长度下底板垂直应力、水平应力、承压水导升规律及破坏特征  44-51
    2.5.1 模拟方案设计及模拟步骤  44
    2.5.2 数值模拟结果分析  44-51
  2.6 不同隔水层厚度下底板垂直应力、水平应力、承压水导升规律及破坏特征  51-58
    2.6.1 模拟方案设计及模拟步骤  51
    2.6.2 数值模拟结果分析  51-58
  2.7 不同隔水层岩层组合作用下底板垂直应力、水平应力、承压水导升规律及破坏特征  58-64
    2.7.1 模拟方案设计及模拟步骤  58
    2.7.2 数值模拟结果分析  58-64
  2.8 本章小结  64-67
3 承压水上采煤底板破坏的厚板理论研究  67-85
  3.1 模型的建立  67-68
  3.2 厚板理论分析原理  68-71
    3.2.1 控制微分方程的确立  68-69
    3.2.2 用挠度函数与应力函数表示各应力素函数的方法  69-70
    3.2.3 挠度函数与应力函数的初确定  70-71
  3.3 厚板理论解析解  71-76
    3.3.1 各应力素函数的表达公式  71-73
    3.3.2 利用边界条件建立求解方程  73-76
  3.4 实例演算  76-83
  3.5 本章小结  83-85
4 孙疃1028工作面数值模拟及现场实测研究  85-93
  4.1 FLAC-3D数值计算模型的建立  85-87
    4.1.1 建立网格  85-87
    4.1.2 边界条件  87
  4.2 数值模拟结果分析  87-89
    4.2.1 工作面推进50m时底板破坏  87-88
    4.2.2 工作面推进100m时底板破坏  88
    4.2.3 工作面推进140m时底板破坏  88-89
    4.2.4 工作面推进180m时底板破坏  89
  4.3 底板破坏实测  89-90
    4.3.1 钻孔CT探测系统布置  89-90
  4.4 观测结果  90-92
  4.5 本章小结  92-93
5 主要结论与展望  93-97
  5.1 主要结论  93-94
  5.2 展望  94-97
6 参考文献  97-103
致谢  103-104
作者简介及读研期间主要科研成果  104

承压水上采煤的流固耦合数值模拟

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