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构造作用下煤层变形、破坏特征数值模拟研究

作　者: 陈新生
导　师: 何俊
学　校: 河南理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 构造应力数值模拟褶皱断层煤层
分类号: TD713
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 75次
引　用: 1次
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内容摘要

瓦斯含量、涌出量大小和煤与瓦斯突出的发生受地质构造演化条件的控制,并且存在着明显的分区、分带特征。地质构造在形成过程中,对于煤层原有形态进行了强烈的改造,构造演化过程中剪切挤压作用不仅使煤层的结构遭到破坏,而且改变着煤层中的应力场,这对于煤层中的瓦斯的生成、赋存和运移都具有重要的影响。地质构造是将煤层中瓦斯、地应力和煤的物理力学性质三者联系起来的纽带。在古构造应力场的作用下,地质构造演化对煤层结构的变形破坏起到作用,它主要影响的是煤体的结构和力学性质,以及瓦斯的生成和保存。已存在的地质构造在现今构造应力场的作用下,对于煤与瓦斯突出有直接控制作用。基于此观点,本文通过对水平煤层在构造应力作用下生成褶皱和断层的过程进行有限元数值模拟,研究在一次构造作用下,煤层的变形破坏情况。定量的解释了无论是背斜还是向斜,在轴部附近煤层容易破坏的原因,同时确定了破坏发生的大概范围,对煤层中瓦斯的逸散、聚集情况做了出了定性的分析。还发现接近断层面的下盘煤层底部和接近断层面的上盘顶部,煤层容易遭受破坏,是容易生成瓦斯含量异常区的地方。然后对含有褶皱和断层构造的煤层做了其在现代构造应力场下的地应力数值模拟,研究地质构造带煤层中地应力场的分布特征,确定出了这两类地质构造中容易积聚弹性能的部位,对煤与瓦斯突出的可能性做了定性分析。通过对煤层古今地质构造带受力变形、破坏的数值研究,有助于更加准确的预测煤与瓦斯突出在煤层中的分区和分带特征。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-14
  1.1 引言  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
  1.3 本文的主要研究工作  13-14
2 地质构造对煤与瓦斯突出的影响  14-32
  2.1 影响岩石力学性质的因素  14-17
  2.2 煤层褶皱构造对煤与瓦斯突出的影响  17-26
    2.2.1 煤层的褶皱构造  17-19
    2.2.2 褶皱构造的形成机制  19-23
    2.2.3 褶皱构造对煤与瓦斯突出的影响分析  23-26
  2.3 煤层断裂对煤与瓦斯突出的影响  26-30
    2.3.1 煤层的断裂构造  26-27
    2.3.2 断层的形成机制  27-29
    2.3.3 煤层断裂对煤与瓦斯突出的影响分析  29-30
  2.4 本章小结  30-32
3 岩土工程有限元模拟  32-41
  3.1 有限元及其在岩土工程中的应用  32-35
  3.2 CAE 软件ADINA  35-36
    3.2.1 ADINA 软件概述  35-36
    3.2.2 程序的组织  36
  3.3 岩体应力分析方法  36-40
    3.3.1 岩体应力分析方法的选择  36-37
    3.3.2 岩土分析中弹塑性法  37-40
  3.4 本章小结  40-41
4 煤层褶皱构造形成演化过程的数值模拟  41-56
  4.1 煤层褶皱构造形成过程的数值模拟  41-49
    4.1.1 煤层向斜构造形成过程的数值模拟  41-46
    4.1.2 煤层背斜构造形成过程的数值模拟  46-49
  4.2 煤层褶皱构造在现代应力场下的数值模拟  49-56
  4.3 本章小结  56
5 煤层断层构造形成演化过程的数值模拟  56-75
  5.1 煤层断层构造形成过程的数值模拟  56-69
    5.1.1 煤层正断层形成过程的数值模拟  57-64
    5.1.2 煤层逆断层形成过程的数值模拟  64-69
  5.2 煤层断裂在现代构造应力场作用下的数值模拟  69-74
    5.2.1 试验模型建立  69-70
    5.2.2 数值模拟结果及分析  70-74
  5.3 本章小结  74-75
6 复杂构造条件下构造应力场研究——以大平煤矿为例  75-91
  6.1 岩体初始地应力场研究方法简介  75-77
  6.2 大平煤矿概况  77-79
    6.2.1 大平煤矿煤层地质简介  77
    6.2.2 新密矿区构造演化史  77-79
  6.3 复杂地质条件下地应力场研究——以大平井田为例  79-90
    6.3.1 有限元模型  79-82
    6.3.2 数值模拟结果及分析  82-90
  6.4 本章小结  90-91
7 结论和展望  91-93
  7.1 结论  91
  7.2 存在的问题和未来的工作  91-93
参考文献  93-96
作者简历  96-97
学位论文数据集  97

构造作用下煤层变形、破坏特征数值模拟研究

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