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煤层割缝防治冲击地压的机理及数值模拟研究

作　者: 尹亮亮
导　师: 潘一山；李忠华
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 固体力学
关键词: 冲击地压本层煤解放磨料射流割缝数值模拟
分类号: TD324.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 78次
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内容摘要

冲击地压是采矿业中突发性、瞬息难以预见的灾害,它的发生常常会造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此,研究便捷、可靠的防治方法,成为防冲减灾工作中的重要课题之一。传统的防治方法各有不足,将高压水射流割缝技术引用到防治冲击地压当中来,实现了本层煤的解放。先在煤层中打一定直径和足够深度的钻孔,然后在钻孔内利用磨料射流对钻孔两侧进行后退式切割,在煤层中形成一定尺寸的缝隙,相当于在本层煤中开采一定薄度的解放层,使得煤层受到扰动变形松弛损伤直至破坏,变形能释放,从而达到煤层卸压的目的,保证开采安全进行。本文通过理论计算与地面试验,得出数值模拟所需的模型的大小和形状,进而基于ANSYS有限元软件,建立磨料射流切割煤层的有限元模型,对割缝后各部分的应力变化进行了数值模拟。结果表明,磨料射流割缝技术不但能够实现煤层卸压,而且卸压效果较好；分析了多个割缝同时进行时,钻孔间距8m的时候,既能保证良好的卸压效果,又节省了资源。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-15
  1.1 问题的提出  9-10
  1.2 研究现状  10-14
    1.2.1 冲击地压研究进展  10
    1.2.2 高压水射流破岩机理研究进展  10-12
    1.2.3 磨料射流切割机理研究进展  12
    1.2.4 磨料射流割缝技术在煤矿安全生产方面的应用现状  12-14
  1.3 本文主要研究内容  14-15
2 冲击地压及其防治技术  15-23
  2.1 冲击地压概述  15-16
  2.2 冲击地压的发生  16-17
  2.3 常用破坏准则  17-21
    2.3.1 最大拉应力破坏准则  17
    2.3.2 库伦-纳维准则  17-18
    2.3.3 莫尔破坏准则  18-19
    2.3.4 格里菲斯理论  19-20
    2.3.5 德鲁克-普拉格准则  20-21
  2.4 冲击地压防治技术  21-22
  2.5 本章小结  22-23
3 磨料射流理论  23-40
  3.1 磨料射流概述  23-24
  3.2 固液两相流动的物理特性  24-26
  3.3 固液两相紊流等效单相流体流动  26-35
    3.3.1 固液两相流连续介质双流体模式的基本方程  26-27
    3.3.2 固体颗粒的受力分析  27-28
    3.3.3 固液两相流等效单相流体流动基本方程  28-29
    3.3.4 固液两相等效单相紊流基本方程  29-30
    3.3.5 固液两相流圆形紊动射流方程的求解  30-33
    3.3.6 动量积分解  33-35
  3.4 磨料射流对煤的打击力  35-38
    3.4.1 射流打击力  35-36
    3.4.2 射流打击压力  36
    3.4.3 水锤压力  36-37
    3.4.4 磨料射流的声速  37-38
  3.5 本章小结  38-40
4 煤层割缝防治冲击地压机理研究  40-51
  4.1 磨料射流破煤过程分析  40-41
  4.2 磨料射流对煤层的切割过程  41-47
  4.3 煤层割缝防治冲击地压的机理  47-49
  4.4 地面实验  49-50
  4.5 本章小结  50-51
5 煤层割缝防治冲击地压的数值模拟  51-59
  5.1 平面模型  51-54
    5.1.1 模型的建立  51-52
    5.1.2 数值计算及结果分析  52-54
  5.2 立体模型  54-58
    5.2.1 模型的建立  54-55
    5.2.2 数值计算及结果分析  55-58
  5.3 本章小结  58-59
6 结论  59-61
参考文献  61-65
作者简历  65-67
学位论文数据集  67

煤层割缝防治冲击地压的机理及数值模拟研究

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