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《辽宁工程技术大学》 2009年 硕士论文
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热—流—固耦合条件下软岩巷道压力与变形的研究

卢萍  
【摘要】:煤炭作为一种最主要的能源是国民经济的支柱和命脉,然而经过40余年的大量开采,中国的煤炭资源已急剧减少,使得新建矿井的开采条件越来越差,对支护的要求越来越高;与此同时,多数矿井开始进入设计寿命的中期乃至老化阶段,后期维护任务更为艰巨。因此,支护设计和围岩控制成为摆在煤炭行业科技人员面前的一个重要的研究课题。其中围岩变形是围岩活动最积极的反映,能否准确地判断或预算巷道围岩的变形,对于选择支护和围岩控制都具有重要的参考价值。 深部开采条件下巷道围岩处于高地应力、高水压力和高温的“三高”环境下,水压力场和温度场都对巷道的受力与变形有着重要的影响,因此考虑热-流-固(THM)耦合条件下巷道的变形分析具有重要意义。研究重点是热-流-固耦合模型的建立和巷道围岩变形的数值分析。首先在前人工作的基础上建立热-流-固耦合模型,其中考虑了温度应力、温度应变对应力场的影响,水压力对应力场的影响,岩体骨架变形对地下水渗流的影响,地温变化对地下水渗流的影响。然后建立数值模型,借助于大型通用有限元分析软件包FEMLAB(Comsol Multiphysics)对巷道围岩的受力变形进行数值计算与分析,研究各因素包括侧压力系数、水压力以及地温对围岩力学行为的影响规律。研究结果表明热-流-固三场耦合条件下,侧压力系数对围岩的塑性区分布规律有着重要的控制作用,地下水和地温场对巷道围岩的塑性行为也均有重要影响,且对巷道的稳定性均为不利影响。


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