本文關(guān)鍵詞：三維采動(dòng)應(yīng)力條件下煤層覆巖及底板裂隙場(chǎng)演化規(guī)律與瓦斯運(yùn)移特征研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在煤礦開(kāi)采活動(dòng)中,煤層開(kāi)采后頂?shù)装鍘r層應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化,工作面推進(jìn)一定距離后采空區(qū)頂?shù)装鍘r層產(chǎn)生彎曲、變形、剪切破壞,各巖層由于抗彎剛度不同引起的變形不協(xié)調(diào),導(dǎo)致離層裂隙與縱向破斷裂隙出現(xiàn),形成頂?shù)装鍑鷰r裂隙場(chǎng)。形成的采動(dòng)裂隙場(chǎng)為工作面、采空區(qū)遺煤、鄰近層涌出的瓦斯提供了積聚的空間,從而影響了采空區(qū)瓦斯的賦存、運(yùn)移狀態(tài)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)采空區(qū)圍巖裂隙場(chǎng)的研究多以物理平面相似模型實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬為基礎(chǔ),但在實(shí)際的開(kāi)采活動(dòng)中,煤系地層處于復(fù)雜多變的三維應(yīng)力狀態(tài),因此開(kāi)展三向不等采動(dòng)應(yīng)力條件下裂隙場(chǎng)的演化規(guī)律研究具有重要意義。本文基于三維相似開(kāi)采模擬試驗(yàn)和COMSOL數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對(duì)煤層圍巖的采動(dòng)應(yīng)力變化規(guī)律、裂隙場(chǎng)演化規(guī)律及瓦斯運(yùn)移特征進(jìn)行研究,取得了以下主要研究成果:①利用重慶大學(xué)自主研制的“多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)力災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)”,通過(guò)加熱電熱片熔化石蠟的方法模擬煤層開(kāi)采過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了三維應(yīng)力條件下煤層開(kāi)采過(guò)程的模擬實(shí)驗(yàn);②以川煤集團(tuán)白膠煤礦2481工作面為原型,進(jìn)行了三維采動(dòng)應(yīng)力條件下的相似模擬開(kāi)采試驗(yàn),得出了底板巖層的動(dòng)態(tài)應(yīng)力特征、彎曲變形規(guī)律、裂隙分布特征及底板采動(dòng)破壞深度等變化規(guī)律;③以平煤十礦己15煤層24080工作面為原型,進(jìn)行了三維采動(dòng)應(yīng)力條件下的相似模擬開(kāi)采試驗(yàn),揭示了上覆巖層的動(dòng)態(tài)應(yīng)力特征、巖層移動(dòng)規(guī)律、裂隙分布形態(tài)等變化規(guī)律;④根據(jù)分形幾何理論,通過(guò)對(duì)覆巖裂隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到了覆巖裂隙分形維數(shù)的變化規(guī)律;⑤基于三向采動(dòng)應(yīng)力條件下形成的覆巖裂隙場(chǎng)空間分布特征,建立了三維數(shù)值模型,并利用COMSOL Multiphysics多場(chǎng)耦合軟件進(jìn)行了數(shù)值模擬,揭示了采空區(qū)瓦斯的運(yùn)移規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：覆巖及底板 采動(dòng)條件 三向不等應(yīng)力 裂隙演化 瓦斯運(yùn)移
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TD325;TD712
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 研究意義9-10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 底板巖層采動(dòng)破壞規(guī)律研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 上覆巖層采動(dòng)裂隙場(chǎng)演化及瓦斯運(yùn)移規(guī)律研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 數(shù)值模擬技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用13-14
• 1.2.4 煤礦保護(hù)層開(kāi)采方法研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 研究?jī)?nèi)容、方法及技術(shù)路線15-19
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容與方法15-16
• 1.3.2 技術(shù)路線16-19
• 2 底板巖層采動(dòng)破壞規(guī)律的三維模擬試驗(yàn)研究19-41
• 2.1 相似實(shí)驗(yàn)原理19-21
• 2.1.1 相似模型實(shí)驗(yàn)19
• 2.1.2 相似理論19-21
• 2.2 礦區(qū)地質(zhì)概況21-26
• 2.2.1 礦區(qū)位置21-22
• 2.2.2 礦區(qū)煤層22-23
• 2.2.3 工作面地質(zhì)情況23-26
• 2.3 相似模擬實(shí)驗(yàn)26-33
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置26-29
• 2.3.2 模型相似比的確定29-30
• 2.3.3 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱?/span>30-32
• 2.3.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程32-33
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析33-39
• 2.4.1 底板應(yīng)力監(jiān)測(cè)及特征34-35
• 2.4.2 底板縱向破斷裂隙分布特征35-37
• 2.4.3 底板巖層彎曲變形特征37-38
• 2.4.4 底板離層裂隙分布特征38-39
• 2.4.5 底板裂隙帶劃分及最大破壞深度的確定39
• 2.5 本章小結(jié)39-41
• 3 上覆巖層采動(dòng)裂隙場(chǎng)演化規(guī)律的三維模擬試驗(yàn)研究41-63
• 3.1 礦區(qū)地質(zhì)概況41-44
• 3.1.1 礦區(qū)位置41-42
• 3.1.2 礦區(qū)煤層42-44
• 3.2 相似模擬實(shí)驗(yàn)44-48
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置44
• 3.2.2 模型相似比的確定44-45
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱?/span>45-46
• 3.2.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程46-48
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析48-61
• 3.3.1 上覆巖層應(yīng)力監(jiān)測(cè)及特征48-50
• 3.3.2 上覆巖層豎直切面裂隙的分布特征50-53
• 3.3.3 上覆巖層水平切面裂隙的分布特征53-56
• 3.3.4 上覆巖層裂隙場(chǎng)數(shù)值模型的建立56-57
• 3.3.5 上覆巖層裂隙分布的平面量化統(tǒng)計(jì)57-59
• 3.3.6 上覆巖層裂隙分布的分形研究59-61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 4 上覆巖層采動(dòng)裂隙場(chǎng)的瓦斯運(yùn)移數(shù)值模擬研究63-75
• 4.1 COMSOL Multiphysics數(shù)值模擬軟件介紹63
• 4.2 覆巖采動(dòng)裂隙場(chǎng)數(shù)值模型的建立及邊界條件的確定63-64
• 4.3 覆巖采動(dòng)裂隙場(chǎng)瓦斯運(yùn)移數(shù)值模擬的控制方程64-66
• 4.3.1 采空區(qū)變密度混合組分輸運(yùn)方程64-65
• 4.3.2 裂隙內(nèi)瓦斯RNG k-ε 湍流流動(dòng)方程65-66
• 4.3.3 巖石多孔介質(zhì)內(nèi)瓦斯運(yùn)移方程66
• 4.4 覆巖采動(dòng)裂隙場(chǎng)瓦斯運(yùn)移規(guī)律數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果66-72
• 4.4.1 覆巖裂隙場(chǎng)內(nèi)瓦斯壓力隨時(shí)間變化的分布規(guī)律66-68
• 4.4.2 覆巖裂隙場(chǎng)不同高度的瓦斯?jié)舛确植家?guī)律68-70
• 4.4.3 覆巖裂隙場(chǎng)不同走向區(qū)域的瓦斯壓力與流場(chǎng)分布規(guī)律70-72
• 4.5 本章小結(jié)72-75
• 5 結(jié)論與展望75-77
• 5.1 結(jié)論75-76
• 5.2 展望76-77
• 致謝77-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 附錄83
• A：作者在攻讀碩士學(xué)位期間的科研情況83
• B：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況83
• C：作者在攻讀碩士學(xué)位期間參與申請(qǐng)的專(zhuān)利83

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本文編號(hào)：302956