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《中国矿业大学》 2012年
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破碎岩体变质量流固耦合动力学理论及应用研究

姚邦华  
【摘要】:随着煤矿开采向深部延伸,矿井突水成为煤矿安全生产的重特大灾害之一。我国煤矿重特大事故中,突水灾害的发生次数仅次于瓦斯和顶板事故,但造成的经济损失却高居榜首。破碎岩体渗流及其灾变规律是煤矿突水机理研究的基础。本文综合运用实验测试、理论分析和数值模拟等方法与手段,对破碎岩体变质量流固耦合力学理论及煤矿陷落柱突水的机理进行了系统的研究,取得了如下研究成果: (1)自行研制了可考虑颗粒迁移流失的破碎岩体渗透试验系统,成功地测试了试样的骨料与填充物配比、轴向压力及含砂量等对破碎岩体渗流特性及其突变规律的影响,得到了测试系统的水压与流量、试样的孔隙率及充填物流失速度等随时间的变化规律。 (2)基于连续介质力学理论,建立了破碎岩体骨架变形—固体颗粒迁移—水渗流的变质量流固耦合动力学模型,给出了破碎岩体渗流的质量守恒方程和动量守恒方程,导出了由于溶蚀、颗粒迁移等导致破碎岩体孔隙率变化的控制方程等。并用数值方法得到了破碎岩体孔隙率、渗透率、充填物流失速率、涌水量以及水压力等参数的变化规律。 (3)开展了陷落柱充填物的X射线衍射(XRD)试验,依据晶体对X射线的衍射测定了充填物的组成及含量;应用比重计法进行了陷落柱充填物的颗粒粒径分布特征测试,得到了陷落柱充填物颗粒粒径分布曲线;给出了充填物成分及颗粒粒径分布对陷落柱渗透特性的影响规律。 (4)借助于数值模拟方法,分析了受隐伏充水陷落柱威胁煤矿采场工作面突水的危险性,得到了工作面涌水量、陷落柱孔隙率、陷落柱溶蚀颗粒迁移速度等随承压含水层水压、围岩强度和陷落柱初始孔隙率、工作面推进距离等因素的变化规律,可为导水陷落柱防水煤柱留设提供参考。 研究成果可为煤矿突水机理、预测预报方法及防治技术研究提供重要参考。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TD311

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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【参考文献】
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10 卢耀如;张凤娥;;硫酸盐岩与碳酸盐岩复合岩溶发育机理与工程效应研究[A];喀斯特与环境地学——卢耀如院士80华诞祝寿论文选集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【二级参考文献】
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1 尹尚先;煤矿区突(涌)水系统分析模拟及应用[D];中国矿业大学(北京);2002年
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3 杜儿坪矿地质科 李淑萍;浅谈杜儿坪矿井田内陷落柱的分布规律及发育情况[N];山西科技报;2004年
4 李志勇;浅谈南峪煤矿井田内陷落柱的分布及特征[N];科学导报;2006年
5 牛秋福 王洪涛;河北省科技厅一课题通过鉴定[N];中国矿业报;2009年
6 徐杰;阳煤集团五矿“高瓦斯矿井陷落柱密集区松散煤顶板条件下 开采技术的研究与应用技术”荣获2006年煤炭工业十大科技成果[N];科技日报;2007年
7 张延颖;河北金能葛泉矿科技进步创造全新历史[N];科技日报;2008年
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5 石显新;瞬变电磁法勘探中的低阻层屏蔽问题研究[D];煤炭科学研究总院;2005年
6 许进鹏;陷落柱活化导水机理研究[D];山东科技大学;2006年
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1 杨志豪;岱庄煤矿4325轨顺陷落柱发育特征及防治技术研究[D];山东科技大学;2011年
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6 赵金贵;西山煤田岩溶陷落柱形态学特征及构造水文演化[D];太原理工大学;2004年
7 李林元;利用小波分析进行煤矿陷落柱解释的应用研究[D];煤炭科学研究总院;2005年
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9 魏小刚;陷落柱三维地震勘探数据采集优化设计[D];太原理工大学;2007年
10 李海涛;太原西山岩溶水系统演化模拟与煤系陷落柱群分布规律探讨[D];太原理工大学;2006年
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