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《辽宁工程技术大学》 2011年
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大强煤矿热害区巷道围岩温度场的多场耦合模拟分析

李志健  
【摘要】:大强煤矿位于辽宁省沈阳市康平县张强镇东一棵树村南,煤层为单斜构造,由北向南倾斜,倾角5°~15°,埋深350米~1400米,矿井涌水量为201.88m3/h,最大涌水量:416.33m3/h,煤层处井温17~58℃,平均35.39℃。井田北部属于地温正常区,南部属于地温高温区。井田北部平均地温梯度值是2.6℃/100米;南部平均地温梯度为每百米3.42℃/100米。大强煤矿属于典型的受高温害危害比较严重的矿井,由于深部地下环境的复杂性,同时也为了说明问题的需要,本文从简单的两场分析开始,以大强煤矿辛-9号巷道为例,采用数值模拟的方法进行了大强煤矿热害区巷道围岩温度场的多场耦合分析,得到了不同耦合条件下巷道围岩温度场的分布,并对不同耦合条件下各场之间相互作用的机理进行了初步分析,为采取相应的降温措施提供一定的参考,本文的主要研究内容及相关结论如下: 结合流体力学、传热学以及岩石力学的相关理论,根据质量守恒定律、线动量守恒原理和能量守恒定律,分别给出了应力影响下的岩体的热传导控制方程、巷道围岩流热耦合模型以及巷道围岩应力-渗流-温度三场耦合模型,并采用有限元软件对不同耦合条件下巷道围岩的温度场进行了数值模拟,从两场耦合的结果来看,若只考虑应力作用的影响时,只考虑应力作用影响时,应力场对温度场的影响非常有限,而温度场对应力场的影响程度较大,两者之间的耦合可以说是单方面的,此时的耦合问题可以转变为热应力问题;若只考虑渗流作用的影响时,由于地下水渗流的存在,地下水将作为热量传递的载体参与到岩石系统的热量传递过程中,地下水的温度一般低于岩石的温度,在地下水渗流的过程中,热量将以热对流的方式由岩石传递给地下水流,使地下水流的温度沿地下水流动方向逐渐升高,最终接近岩体的温度,形成热交换平衡区,说明渗流的过程存在着热量的迁移;通过对两场耦合和三场耦合时巷道围岩温度场分布的结果对比看,在有地下水渗流存在的三场耦合分析中,除了应力和渗流各自对温度场的影响外,应力场和渗流场之间的耦合效应也会影响温度场的分布,这是因为应力会影响流体流动和汇聚,反过来地下水的渗流会对岩石骨架产生渗透力作用,同时地下水的渗流过程存在着热量的迁移,上面所说的这三种效应是同时发生的,另外,对于有地下水渗流参与的岩体系统,不管是两场耦合还是三场耦合情况,地下水都是热量传递的“载体”,正是由于地下水渗流的存在,才使得热量的传递过程得以顺利地进行
【学位授予单位】:辽宁工程技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TD727.2

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【参考文献】
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