断层防水煤柱合理留设的流固耦合分析

作     者：卢兴利 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尤春安

授予年度：2007年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：矿井水害 断层 断层防水煤柱 流固耦合 数值模拟 

摘      要：矿井水害是影响和威胁中国煤矿安全、高效生产的主要因素之一。大量的统计结果表明，突水绝大多数是与断层有着直接关系。而留设断层防水煤柱就成为一种堵塞通道、隔断水源，防止构造突水的重要措施。但在各种情况下，如何留设断层防水煤岩柱，用什么方法计算防水煤岩柱尺寸才算合理，至今尚无一个合理的计算办法。防水煤柱留设过大，虽有利于安全生产，但积压了大量的煤炭资源;若留设过小，则又会威胁煤矿生产的安全。同时突水事故又是应力场和渗流场共同作用的结果。因此尽可能全面地考虑诸多影响因素，会使留设的煤柱尺寸趋于科学性和合理性，使之既能保证煤矿安全生产和建设，又能最大限度地回收煤炭资源。 本文在全面考虑影响断层防水煤柱留设因素的前提下，建立了合适的力学模型，将岩体力学弹塑性有限元理论与渗流理论相结合，系统提出模型的耦合计算方法，即：应用岩体(石)力学弹塑性有限元理论及流固耦合分析原理，反复计算留设不同煤柱宽度时的围岩应力及其变化，分析在变化的应力状态下断层的稳定性，得出塑性破坏区，同时研究塑性破坏区的展布特征。在此基础上，确定最佳的防水煤柱尺寸，使之既能保证塑性破坏区不会波及导水断层从而避免水害事故，又能最大限度地回收煤炭资源。 本文应用数值模拟分析方法对防水煤柱进行流固耦合分析，是一种更接近于实际情况的有效分析方法，为防水煤柱的合理留设提供了一种可靠的数值分析方法，具有很好的应用前景。