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突变理论及突变级数法在煤岩体失稳问题中的应用

作　者: 任树鑫
导　师: 张天军
学　校: 西安科技大学
专　业: 应用数学
关键词: 煤岩体尖点突变失稳突变级数渗流
分类号: O173
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

论文将地下工程中的层状煤岩体及发生层裂变形的煤岩体视为煤岩复合板模型,采用尖点突变理论研究了煤岩体失稳的过程;利用突变级数法,对煤与瓦斯的突出危险性进行预测;利用数值模拟软件对层状煤岩体中的渗流失稳问题进行了分析。论文主要研究内容和获得的主要结论如下:(1)根据工程实际,建立了煤岩复合板力学模型。采用尖点突变理论推导给出了煤岩失稳破坏的判据,描述了煤岩失稳的过程;研究表明富含瓦斯煤岩失稳除了与煤岩的物理力学性质和几何尺寸有关外,岩板的面内载荷和文克勒地基系数是决定其稳定性的重要因素。(2)运用突变级数法,根据影响下裕口煤矿煤与瓦斯突出的因素建立综合评价指标体系及煤与瓦斯突出的预测模型。研究突出矿井的突出情况,确定突变级数值,并对此突变级数值进行了验证,结果与实际符合的较好,可以进行工程实际的检验。(3)通过RFPA2D数值模拟,分析了支承压力及瓦斯渗流的影响。针对所建立的渗流模型,分析了开挖步距对支撑压力,及对煤层瓦斯渗流的影响。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-6
1 绪论  6-12
  1.1 选题背景及研究意义  6-7
    1.1.1 选题背景  6-7
    1.1.2 研究意义  7
  1.2 本课题研究领域国内外的研究动态及发展趋势  7-10
    1.2.1 富含瓦斯煤岩动力失稳研究的进展  7
    1.2.2 非线性数学方法在富含瓦斯煤岩动力失稳分析中的应用  7-10
  1.3 论文的主要研究内容与方法  10-12
    1.3.1 研究内容  10
    1.3.2 研究方法与技术路线  10-12
2 温克勒地基下煤岩体失稳问题分析  12-22
  2.1 层状煤岩体失稳的力学模型  12-14
    2.1.1 煤岩体层状结构  12-13
    2.1.2 层状煤岩体力学模型  13-14
  2.2 层状煤岩体的突变学分析  14-21
    2.2.1 煤岩复合板挠度的三角级数表示  15-16
    2.2.2 煤岩复合板稳定性判定的尖点突变模型  16-20
    2.2.3 煤岩薄板系统突变失稳的条件  20-21
  2.3 本章小结  21-22
3 突变级数法在煤与瓦斯突出预测中应用  22-34
  3.1 煤与瓦斯突出机理  22-23
  3.2 煤与瓦斯突出的影响因素  23-25
    3.2.1 地质构造对煤与瓦斯突出的影响  24
    3.2.2 地应力对煤与瓦斯突出的影响  24
    3.2.3 瓦斯压力对煤与瓦斯突出的影响  24-25
    3.2.4 煤体结构对煤与瓦斯突出的影响  25
    3.2.5 软分层厚度对煤与瓦斯突出的影响  25
    3.2.6 人为因素对煤与瓦斯突出的影响  25
  3.3 突出煤岩体的形成及微观结构特征  25-26
  3.4 突变级数法在煤与瓦斯突出预测中的应用  26-32
    3.4.1 突变级数法的基本思想  27-28
    3.4.2 突变级数法的评价步骤  28-30
    3.4.3 煤与瓦斯突出的突变级数评价法  30-32
  3.5 本章小结  32-34
4 层状煤岩体渗流模拟实验研究  34-43
  4.1 下峪口煤矿基本情况  34-36
  4.2 RFPA 简介  36-37
    4.2.1 煤岩体破裂过程固气耦合方程  36
    4.2.2 瓦斯渗流耦合模型数值解法  36
    4.2.3 建立模型  36-37
  4.3 对煤体支承应力分布的影响  37-39
  4.4 煤层瓦斯渗流的影响  39-41
  4.5 本章小结  41-43
5 结论  43-44
  5.1 结论  43
  5.2 建议和展望  43-44
致谢  44-45
参考文献  45-51
附录  51

突变理论及突变级数法在煤岩体失稳问题中的应用

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