坚硬顶板水压力作用机理研究

坚硬顶板水压力作用机理研究

论文摘要

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。

论文目录

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

    • [1].二氧化碳致裂治理坚硬顶板技术应用[J]. 山东煤炭科技 2019(02)
    • [2].坚硬顶板条件下沿空留巷围岩变形影响因素分析[J]. 煤矿现代化 2017(03)
    • [3].多层坚硬顶板综放开采矿压规律及控制技术研究[J]. 煤炭科学技术 2017(07)
    • [4].特厚坚硬顶板控制机理和弱化技术研究[J]. 矿业研究与开发 2014(05)
    • [5].金谷煤矿坚硬顶板预裂爆破切顶数值模拟研究[J]. 内蒙古煤炭经济 2020(11)
    • [6].水力压裂弱化技术在坚硬顶板采煤工作面的应用[J]. 山东煤炭科技 2020(06)
    • [7].坚硬顶板综放面深孔预裂弱化顶板处理技术[J]. 中国煤炭 2017(06)
    • [8].厚层坚硬顶板冒顶的预防及处理[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊) 2010(06)
    • [9].大采高综采工作面坚硬顶板控制机理和弱化技术研究[J]. 矿业装备 2018(06)
    • [10].弱化处理井工矿井采场坚硬顶板方法分析与应用[J]. 能源技术与管理 2019(03)
    • [11].厚层坚硬顶板爆破弱化控制技术研究[J]. 河南科技 2019(20)
    • [12].短长壁大倾角综放工作面坚硬顶板超前弱化技术研究[J]. 中国矿业 2018(04)
    • [13].坚硬顶板条件下极软特厚高瓦斯煤层综放开采技术研究[J]. 煤炭工程 2017(10)
    • [14].大同矿区浅埋深坚硬顶板爆破弱化防冲技术研究[J]. 山西大同大学学报(自然科学版) 2014(02)
    • [15].浅埋旺采工作面厚层坚硬顶板裂纹产生至大面积冒落时间差研究[J]. 采矿与安全工程学报 2013(04)
    • [16].回采速度对坚硬顶板运动释放能量的影响机制[J]. 煤炭学报 2019(11)
    • [17].厚煤层大倾角仰采与坚硬顶板切顶预裂控制研究[J]. 能源与节能 2020(03)
    • [18].坚硬顶板水压致裂弱化技术研究[J]. 山东煤炭科技 2020(06)
    • [19].水力致裂弱化坚硬顶板保护邻空巷道现场试验[J]. 煤矿安全 2019(05)
    • [20].薛虎沟煤业2-106A运巷厚层坚硬顶板应力弱化技术研究[J]. 煤矿现代化 2019(05)
    • [21].坚硬顶板矿山初采初放研究[J]. 世界有色金属 2018(15)
    • [22].坚硬顶板沿空留巷锚网支护参数优化[J]. 江西煤炭科技 2017(03)
    • [23].大同浅埋深坚硬顶板弱化防冲技术研究[J]. 科技信息 2014(13)
    • [24].巨厚坚硬顶板工作面的底板破坏规律[J]. 矿业工程研究 2014(03)
    • [25].极坚硬顶板强制预裂原理及工程实践研究[J]. 煤矿开采 2013(03)
    • [26].新疆雨田煤矿3-3号特厚煤层综采放顶煤条件下坚硬顶板处理技术[J]. 中国煤炭地质 2010(04)
    • [27].沿空留巷坚硬顶板弱化研究与应用[J]. 能源技术与管理 2020(02)
    • [28].厚层坚硬顶板定向水力压裂强制放顶技术研究[J]. 现代矿业 2020(06)
    • [29].厚煤层坚硬顶板综放开采巷道顶板差异化管理研究与应用[J]. 当代化工研究 2020(14)
    • [30].厚煤层大采高坚硬顶板控制技术与支架适应性研究[J]. 煤矿现代化 2019(05)

    标签:;  ;  ;  ;  

    坚硬顶板水压力作用机理研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢