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关于耦合论文范文 承压水上采煤底板破坏规律流固耦合相关论文写作参考文献

分类:技师论文 原创主题:耦合论文 更新时间:2024-01-03

承压水上采煤底板破坏规律流固耦合是关于耦合方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关耦合论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。

摘 要:为分析承压水上采煤底板变形破坏规律,建立了承压水上采煤流固耦合数学模型,采用FLAC3D模拟软件分析之.运用正交试验的方式对底板变形破坏影响较大、易量化的4个因素进行分析;在此分析基础上得出单一因素对底板破坏的影响关系.分析结果表明:影响底板破坏深度大小的因素依次是工作面宽度、隔水层厚度、承压水压力和煤层埋深;随着隔水层厚度的增加,底板的破裂深度及范围有减小的趋势,同时在隔水层底部的原位张裂范围也在减小,甚至消失;在流固耦合模式下随着水压力的增加,岩体的破坏程度远远大于非耦合的情况.

关键词:流固耦合;正交试验;底板破坏

中图分类号:TD163文献标识码:A 文章编号:1672-1098(2010)04-0005-06

Coupling Analysis of Damage Regularity of

Coal Seam Floor During Mining above Confined Aquifer

YAO Duo-xi1,LU Hai-feng2

(1.School of Earth Science and Environmental Engineering,Anhui University of Science and Technology,Huainan Anhui 232001,China;2. School of Earth Science and Engineering,Hohai University,Nanjing Jiangsu 210098,China)

Abstract: In order to analyze deformation and damage characteristics of coal seam floor during mining above confined aquifer, fluid-solid coupling mathematic algorithm of mining above confined aquifer was established and mining seepage mechani of coal seam floor was simulated by FLAC3D. Orthogonal tests were done with 4 major factors which he big influence on floor damage and are easy to be quantified. On the basis influence of single factor on floor damage was obtained. The results showed that according to effecting degree on floor damage depth the factors in turn are working face width, thickness of impermeable layer, confined water pressure, and depth of coal seam occurrence. With the increase of impermeable layer thickness, floor damage depth and scope tend to decrease, while the range of destruction in situ tension crack under the impermeable layer also reduces or even disappears. In fluid-solid coupling mode, with the increase of water pressure, rock mass damage is far greater than non-coupled situation.

Key words: fluid-solid coupling; orthogonal test; floor damage

矿井水害一直是威胁我国煤矿安全生产的主要灾害之一,据统计,60%矿井事故与地下水作用有关[1].尤其近年来随着开采深度的不断增加,来自底部灰岩发育的裂隙岩溶高承压水的威胁日趋严重.准确掌握煤层底板在采动影响下的破坏情况,对于防范底板突水以及底板岩层控制与管理具有重要的理论意义和实际应用价值.然而过去在底板变形破坏特征研究上,常常忽视地下水对底板隔水层的破坏作用,通常只是将水压也作为一种均布荷载,以定值来对待,而不是水压跟随岩体变形而变化,即不是以流固耦合的方式,因而不符合客观实际[2-6].由于流固耦合问题数学模型较复杂,即使在一维情况下,也难以获得解析解答.依据以上思路, 本文以淮北矿区10煤底板为研究对象,根据煤层底板以及水压力的不同情况, 从固流耦合的角度出发,建立了针对承压水上采煤的裂隙岩体水力学模型,采用FLAC3D数值模拟软件,进行数值计算分析, 详细探讨隔水底板和水压力对底板变形破坏特征的影响关系.

1 流固耦合数学模型

FLAC3D模拟岩体的固液耦合机理时,将岩体视作多孔介质,流体在孔隙介质中的流动符合Darcy定律,同时满足Biot流固耦合方程,其方程为*

G2uj-(λ+G)εv[]xj-p[]xj+fxj等于0

K2p等于1[]S[SX)]p[]t-εv[]t(1)

式中:λ,G为Lame常数;p为孔隙压力;εv为体应变,有εv等于-[(ux /x)+(uy /y)+uz /z)];xj,uj,fxj分别为j向的坐标、位移及体积力;K为渗透系数;

为拉普拉斯算子;S为弹性释水系数.

式(1)是基于Biot经典渗流理论的表达式.其中p/xj反映了渗流场对固体骨架的影响,其本质是流体流动时产生的孔隙压力影响了固体骨架的有效应力,进而影响固体骨架的变形;εv /t项反映了固体骨架的体积变形对渗流场的影响.可以看出经典的Biot方程能很好地反映介质孔隙压力消散与介质骨架变形之间的相互作用.

由式(1)根据一定的边界条件及初始条件,即可求解.FLAC3D中的边界条件有4种类型: ①给定孔隙水压力; ②给定边界外法线方向流量分量; ③不透水边界; ④透水边界.

2 数值模型的建立

计算模型走向长(x)600 m,倾向宽(y)600 m, 高(z)250 m,10煤厚3 m.模型包括10煤层上方97 m厚岩层,模型下方包括150 m厚底板岩层.根据研究的需要,底板隔水层厚度在40~60 m.

2.1 边界条件处理

(1) 力学边界条件

模型前后左右边界条件采用x,y方向固定,底部为全约束边界.模型上边界作用上覆松散层的自重应力.

(2) 渗流边界条件 隔水层底部采用定水压边界,根据研究的需要水压3.5~5.5 MPa,前后边界和左右边界采用隔水边界.整个底板长期在灰岩水的补给作用下,岩土体孔隙中充满水处于饱和状态,工作面开采后采空区为排水边界,不考虑采空区有水,因此采空区边界取固定水压为零.

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参考文献:

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