论文题目: 煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出机理的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 安全技术及工程
作者: 蔡峰
导师: 刘泽功
关键词: 煤与瓦斯突出,地应力,瓦斯压力,数值模拟,无反射边界
文献来源: 安徽理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 煤与瓦斯突出是一种复杂的动力现象,因此本次研究从“力”的角度出发,利用数值模拟的方法,对煤与瓦斯突出进行了深入的研究。指出了煤与瓦斯突出是煤体力学强度、地应力、瓦斯压力综合作用的结果,煤与瓦斯突出过程的实质是地应力破坏煤体,煤体释放瓦斯,瓦斯使煤体裂隙扩张并使形成的煤壳失稳破坏,将原本具有一定支撑作用的表面破坏煤体撕开并抛向巷道,迫使应力峰移向煤体内部继续破坏后续的煤体这样一个连续发展的过程。 通过ANSYS数值模拟分析,描绘了掘进巷道周围特别是掘进头前方煤体内的应力分布规律;编制了针对井巷建模的SPH前处理软件,通过LS-DYNA数值模拟软件再现了煤与瓦斯突出,系统地描述了煤与瓦斯突出时的全过程,指出了煤与瓦斯突出过程中突出煤体质点的受力、运动规律,验证了煤与瓦斯突出的“球壳失稳”机理。同时对现场煤与瓦斯突出主要影响因素的影响方式、影响结果进行了详细系统的分析。
论文目录:
1 绪论
1.1 引言
1.2 煤与瓦斯突出的动力现象及特征
1.3 我国煤与瓦斯突出的特点及其主要影响因素
1.3.1 我国煤与瓦斯突出的特点
1.3.2 影响煤与瓦斯突出的主要因素
1.4 国内外煤与瓦斯突出机理研究现状
1.5 本文的研究课题以及研究内容
1.5.1 课题的提出
1.5.2 研究内容与思路
2 突出煤体的物理力学特性
2.1 突出煤体的形成及结构特性
2.2 突出煤体的渗透性
2.3 煤体的吸附特性
2.4 突出煤体的力学性质
2.4.1 突出煤体的单轴压缩试验
2.4.2 突出煤体在三轴载荷下的变形
2.5 煤岩的破裂类型及微观破裂机制
2.6 煤(岩)体的强度准则
2.7 煤(岩)体内裂纹的扩展
3 巷道周围突出煤体内应力分布规律的数值分析
3.1 大型有限元分析系统ANSYS软件和计算分析方法
3.2 掘进工作面的力学模型
3.2.1 模型的设计原则
3.2.2 掘进工作面力学模型的建立
3.2.3 模型尺寸及单元划分
3.2.4 边界条件
3.2.5 煤岩材料的力学参数
3.3 计算模型的观测点和观测线定义
3.3.1 径向模型的观测点和观测线定义
3.3.2 球向模型的观测线定义
3.4 掘进工作面周围煤岩体内应力分布的数值模拟结果及分析
3.4.1 掘进巷道开挖后径向模型的数值模拟结果
3.4.2 掘进巷道推进过程中径向模型的数值模拟结果
3.4.3 掘进巷道开挖后球向模型的数值模拟结果
3.4.4 掘进头前方应力分布的影响因素
4 突出发生的条件
4.1 煤岩体内力和能量的传递
4.2 煤层变形潜能
4.3 瓦斯压力抛出煤的可能性
5 SPH前处理器的设计
5.1 系统设计的方法、原则
5.2 SPH-PRE的分析设计
5.3 系统设计
5.3.1 LS-DYNA关键字
5.3.2 关键字文件的文件格式
5.3.3 粒子生成模块的设计
5.3.4 粒子处理模块的设计
5.3.5 预览模块的设计
5.4 SPH-PRE的实现
5.4.1 粒子生成模块的实现
5.4.2 粒子处理模块的实现
5.4.3 预览模块的实现
5.5 人机界面
6 煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出的数值模拟分析
6.1 显式动力分析软件LS-DYNA
6.2 数值模拟的基本原理
6.2.1 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)描述
6.2.2 应力计算
6.2.3 冲击波与人工黏性
6.3 计算模型及边界条件
6.3.1 计算模型
6.3.2 边界条件
6.4 数值模拟结果及分析
6.4.1 煤与瓦斯突出过程及分析
6.4.2 煤与瓦斯突出过程中的应力分布及分析
6.4.3 内部弧形应力集中带的作用
6.4.4 突出煤块质点的受力分析
6.4.5 突出煤块质点的运动分析
6.5 煤与瓦斯突出的“球壳失稳”机理的验证
7 煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出影响因素分析
7.1 煤与瓦斯突出过程的描述
7.1.1 软煤的暴露过程
7.1.2 突出的发展过程
7.1.3 突出的停止过程
7.2 现场煤与瓦斯突出的影响因素
7.2.1 突出的次数和强度随着开采深度加大而加大
7.2.2 突出的次数和强度与煤层中软分层厚度的关系
7.2.3 煤层中原始瓦斯压力与突出危险性的关系
7.2.4 突出的危险性随着煤层的倾角增大而增加
7.2.5 突出与地质构造的关系
7.2.6 采掘形成的应力集中地区突出危险性剧增
7.2.7 绝大多数突出发生在落煤时，尤其是在爆破时
7.2.8 突出危险性随着煤层顶底板厚度和硬度增大而增大
7.3 地应力、瓦斯压力及煤体强度在突出过程中的作用
8 结论及展望
8.1 主要结论
8.2 展望
参考文献
致谢
发布时间: 2005-09-28
参考文献
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