学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

坚硬顶板水压力作用机理研究

作　者: 关瑞斌
导　师: 邓广哲
学　校: 西安科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 坚硬顶板水压力渗流与应力耦合工程应用
分类号: TD327
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 244次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

坚硬顶板煤层开采矿山压力显现剧烈。坚硬顶板煤层在回采后形成顶板大面积悬露而不垮落。顶板大面积的垮落,经常给工作面支护、人员和设备造成严重的危害,甚至发生矿震。因此,研究和掌握坚硬顶板控制理论与技术,具有重要的实际意义。本文通过理论分析和数值模拟对坚硬顶板水压力作用机理进行了深入的分析研究,所做的主要工作及结果如下:(1)基于岩石水化学损伤理论,研究了水对岩石强度的影响机理,建立了岩石水化学损伤模型,将水的影响因素归结为尺度效应和力学效应。给出了压力水作用下岩体断裂强度新准则,该准则定量地反映了水压力作用对裂纹岩体强度的影响程度。(2)采用渗透理论,从性能等效原理出发,确定了等效连续介质的渗透系数。岩石注水时,分析了水在岩层中的运动状态。基于固液耦合理论,对注水岩体的渗流与应力耦合进行了研究,并利用有限元原理建立渗流问题的支配方程。(3)主要运用了断裂力学的相关知识,分析水力压裂定向分层的机理。通过定向分层,可降低老顶岩层垮落厚度或步距,也可降低老顶来压强度。(4)通过注水软化顶板的数值模拟,证明了高压注水对坚硬顶板的软化作用,进一步了解水力压裂软化的机理;通过水力压裂机理的研究和顶板水力压裂软化的数值模拟,可以认为坚硬顶板注水软化法是行之有效的处理坚硬顶板的方法。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 课题的提出  7-9
  1.2 本课题国内外研究现状  9-12
    1.2.1 水及裂隙对岩体强度的影响研究现状  9
    1.2.2 国内外渗流压力分布研究现状  9-10
    1.2.3 国内外水力致裂的研究现状  10-11
    1.2.4 国内外坚硬顶板注水研究现状  11-12
  1.3 研究方案  12-13
2 水对岩体的损伤  13-21
  2.1 水对岩体的损伤  13-15
    2.1.1 水对岩石强度的影响  13-14
    2.1.2 损伤力学的基本概念  14-15
  2.2 岩石水化学损伤的机理  15-20
    2.2.1 岩石水化学损伤的机理分析  15-17
    2.2.2 岩石中水—岩化学损伤的分区性  17-18
    2.2.3 考虑水化学损伤的破坏力学方法  18-20
  2.3 本章小结  20-21
3 压力水对岩体断裂强度影响研究  21-28
  3.1 坚硬岩体的裂隙性  21
  3.2 裂纹扩展类型  21-22
  3.3 压力水作用下岩体断裂强度  22-26
    3.3.1 岩体裂纹中的水作用及类型  22-23
    3.3.2 水压力作用下裂纹的应力强度因子  23-26
    3.3.3 水作用下裂纹岩体的强度准则  26
  3.4 本章小结  26-28
4 岩体渗流应力耦合分析  28-45
  4.1 岩体裂隙结构特征  28-29
  4.2 裂隙岩体场性能分析  29-36
    4.2.1 场性能等效处理  29
    4.2.2 裂隙岩体渗透特征与水压及应力的关系  29-35
    4.2.3 渗透性影响因素分析  35-36
  4.3 岩体内水的运动分析  36-37
    4.3.1 水在岩层内运动的动力  36
    4.3.2 水在岩层中的运动状态  36-37
  4.4 岩层注水的渗流应力耦合分析  37-41
    4.4.1 岩层注水应力场方程  38-39
    4.4.2 岩层注水应力场有限元求解方程  39-40
    4.4.3 应力场作用下的渗流分析  40-41
  4.5 渗流问题的有限元解法  41-44
    4.5.1 岩层注水的渗流模型  42-44
    4.5.2 岩层注水的耦合模型求解  44
  4.6 本章小结  44-45
5 水力压裂处理坚硬顶板  45-49
  5.1 水力压裂定向分层的机理  45-48
    5.1.1 高压水在切槽裂缝端部产生的最大拉应力  45-46
    5.1.2 高压水促使切槽裂缝扩展的基本条件  46-48
  5.2 高压水使切槽裂缝最终的扩展方向  48
  5.3 本章小结  48-49
6 坚硬顶板注水软化  49-59
  6.1 坚硬顶板水压致裂软化数值模拟  50-57
    6.1.1 厚硬砂岩关键层的注水软化试验  50-51
    6.1.2 采矿地质条件与矿压分析模型  51-52
    6.1.3 数值模拟结果及分析  52-57
  6.2 工程实例验证  57-58
  6.3 本章小结  58-59
7 结论  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-65
附录  65

坚硬顶板水压力作用机理研究

内容摘要

全文目录

相似论文