基于防水煤柱安全评价的流固耦合分析

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1、分类号：TD325密级：公开UDC：单位代码：10424学位论文防水煤柱安全评价的流固耦合分析王金辉申请学位级别：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○○六年六月论文题目：防水煤柱安全评价的流固耦合分析作者姓名：王金辉入学时间：2003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：2006年6月论文答辩日期：授予学位日期：FLUIDSOLIDCOUPLINGANALYSISOFTHESAFETYOFTHEWATERPROOFCOALPILLARADissertationsu

2、bmittedinfulfillmentoftherequirementsofthedegreeofMASTEROFPHILOSOPHYfromShandongUniversityofScienceandTechnologybyWangJinhuiSupervisor:ProfessorYouChun’anCollegeofCivilEngineeringandArchitectureJune2006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

3、作鉴定。硕士生签名：日期：AFFIRMATIONIdeclarethatthisdissertation,submittedinfulfillmentoftherequirementsfortheawardofMasterofPhilosophyinShandongUniversityofScienceandTechnology,iswhollymyownworkunlessreferencedofacknowledge.Thedocumenthasnotbeensubmittedforqualificationatanyotheracademicin

4、stitute.Signature:Date:山东科技大学硕士学位论文摘要摘要防水煤柱可视为上覆岩层载荷和一侧水压力作用下的地下结构物。由于煤岩体一种可变形多孔介质，在防水煤柱存在大量的导水裂隙和孔隙，矿井水能沿着这些渗入到煤柱内部一定深度。在孔隙水压力作用下，煤柱强度和变形性质将发生变化，即使上覆岩层载荷与一侧水压力不变，煤柱内渗水区域及煤柱变形都将随时间变化，当满足一定条件时，煤柱将突然破坏而发生突水，因此防水煤柱失稳破坏，不仅是在上覆岩层载荷作用下煤柱应力场产生的效应，而且是水在煤柱中所产生的渗流场的综合结果，两者相互作用，不可分割。这就是流固耦

5、合问题。这一点在以往的防水煤柱的分析与计算中是没有考虑的。本文在总结国内外防水煤柱研究现状、流固耦合理论的研究与工程实践现状的基础上，以流固耦合理论为依据，应用有限差分分析软件FLAC3D，对某煤矿四采二层煤残余安全煤柱进行了渗流场与应力场的流固耦合数值分析，模拟分析了在水力作用下防水煤柱的稳定性状态及防溃水能力；并对比分析了流固耦合与不考虑流固耦合的情况下防水煤柱以及周围岩层的受力状态，并研究了其变形破坏规律。结果表明：两种情况下的塑性区均呈现“马鞍”形状，这与以往的大量实测结果相一致。而考虑流固耦合时的安全防水煤柱的长度比不考虑流固耦合作用时的防水

6、煤柱长，说明在进行防水煤柱的分析与计算时采用流固耦合分析是非常必要的。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：防水煤柱，流固耦合，多孔介质，渗流，数值分析，有限差分法山东科技大学硕士学位论文摘要ABSTRACTThewaterproofcoalpillarmayberegardedasanundergroundstructureundertheactionoftheoverburdenloadandunilateralhydr

7、aulicpressure,alsoisonekindofdistortableporousmediumsthatcontainslargeamountoffissureandpores,whichmakestheminewaterpermeateintocertaindepthofit.Undertheactionoftheporewaterpressure,thestrengthandthedeformationnatureofthecoalpillarwillchangewithtime.Eveniftheoverburdenloadandthe

8、unilateralhydraulicpressureareinvariable,thesee