基于断层防水煤柱合理留设的流固耦合分析

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1、分类号：TD325密级：公开UDC：单位代码：10424学位论文断层防水煤柱合理留设的流固耦合分析卢兴利申请学位级别：硕士学位专业名称：岩土工程指导教师姓名：尤春安职称：教授山东科技大学二零零七年六月论文题目：断层防水煤柱合理留设的流固耦合分析作者姓名：卢兴利入学时间：2004年9月专业名称：岩土工程研究方向：岩土力学理论及应用指导教师：尤春安职称：教授论文提交日期：2007年6月论文答辩日期：2007年6月授予学位日期：FLUID-SOLIDCOUPLINGANALYSISOFTHEFAULTWATERPROOFCOALPIL

2、LARADissertationsubmittedinfulfillmentoftherequirementsofthedegreeofMASTEROFPHILOSOPHYfromShandongUniversityofScienceandTechnologybyLuXingliSupervisor:ProfessorYouChun’anCollegeofCivilEngineeringandArchitectureJune2007声明本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师

3、指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。硕士生签名：日期：AFFIRMATIONIdeclarethatthisdissertation,submittedinfulfillmentoftherequirementsfortheawardofMasterofPhilosophyinShandongUniversityofScienceandTechnology,iswhollymyownworkunlessreferencedofacknowledge.Thedocumenthasnotbeensubmi

4、ttedforqualificationatanyotheracademicinstitute.Signature:Date:山东科技大学硕士学位论文摘要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

5、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

6、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。关键词：矿井水害，断层，断层防水煤柱，流固耦合，数值模拟山东科技大学硕士学位论文摘要ABSTRACTMinewaterdisasterisoneofthemainfactorswhichaffectsandthreatensthesafetyandhigh-activi

7、tyyieldofcoalmineinChina.Alargenumberofstatisticsindicatethatwaterinrushhasadirectrelationshipwithfault.Sosettingupfaultwaterproofpillarisanimportantmeasurementwhichcanstopwaterandpreventfaultwaterinrush.Butundermanycircumstances,howtosetupfaultwaterproofpillarandwha

8、tmethodwecanusetodeterminetherationalwaterproofhavenoreasonablemethod.Ifthewaterproofpillardimensionistoolarge,itcanguaranteethesaf