岩体力学在煤体变形中的应用

论文摘要

煤体变形及其空间展布规律的研究,对煤炭资源评价和开采、煤矿瓦斯灾害预测、煤层气的可开发性评价具有指导意义。基于含煤岩系的岩体结构是控制其变形的基础因素这一前提,本文以岩体力学的基本理论为基础,并相应引入其它新兴学科的理论方法,提出了强度因子和分形维数二参数,以断层发育的安阳双全井田、褶皱发育的沁水盆地煤层气开发区及滑动构造发育的荥巩谷山井田为例,系统探讨了岩体结构对含煤岩系变形的控制作用。研究表明,低强度因子和厚层岩层较多的分形维数低值区,含煤岩系以韧性变形为主,多形成褶皱,煤体变形程度深,为瓦斯灾害严重区和煤层气难以开发区;高强度因子和厚层岩层较少的分形维数高值区,含煤岩系以脆性变形为主,多发育断层,软煤难以区域展布,只分布在断层附近。可见含煤岩系变形不仅与岩体强度有关,而且受岩层厚度的控制。以此进行煤体变形空间展布预测,探讨造成这些差异的影响因素,为煤体变形行为和程度的描述和预测提供了一种新途径。然后,借助回归分析理论,以岩体强度因子这一参数取代了与之密切相关的弹性模量和泊松比,建立了煤岩体变形本构模型,将层状岩体的本构关系、物理实验和数值模拟作为相关因素考虑,对传统方法具有一定意义上的突破,并为煤体变形研究提供了另一途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 理论意义和实用价值
• 1.2 国内外研究现状与分析
• 1.2.1 地质学领域
• 1.2.2 岩石力学领域
• 1.2.3 岩体力学领域
• 1.2.4 本构关系研究
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文的研究内容、研究目标以及拟解决的关键问题
• 1.5 拟采取的研究方案及可行性分析
• 1.6 本论文的特色与创新之处
• 2 岩体力学和分形几何学理论与方法的引入
• 2.1 岩体力学理论与方法的引入
• 2.1.1 控制煤体变形的地层参数及关联度分析
• 2.1.2 强度因子引入
• 2.2 分形理论的引入
• 2.2.1 分形理论的方法性意义
• 2.2.2 分形维数定义
• 2.3 强度因子与分形维数的比较
• 2.3.1 同一性
• 2.3.2 差异性
• 3 煤体变形预测实例分析
• 3.1 沁水盆地东南部煤层气开发区
• 3.1.1 地质背景
• 3.1.2 强度因子与分形维数展布
• 3.1.3 强度因子、分形维数展布与构造的关系
• 3.1.4 煤体变形的空间展布
• 3.1.5 沁水盆地东南部煤层气高渗区与瓦斯突出区展布
• 3.2 安阳矿区双全井田煤层气开发区
• 3.2.1 安阳矿区双全井田地质背景
• 3.2.2 强度因子与分形维数展布
• 3.2.3 强度因子、分形维数展布与构造的关系
• 3.2.4 安阳矿区双全井田煤体变形展布
• 3.2.5 安阳矿区双全井田渗透区与瓦斯突出区展布
• 3.3 荥巩煤田谷山井田煤层气开发区
• 3.3.1 地质背景
• 3.3.2 强度因子与分形维数展布
• 3.3.3 强度因子、分形维数展布与构造的关系
• 3.3.4 荥巩矿区谷山井田渗透区和瓦斯突出区展布
• 4 煤岩体变形本构方程
• 4.1 问题提出
• 4.2 理论条件概化
• 4.3 煤岩体变形本构方程构建
• 4.3.1 煤岩体变形本构方程理论支撑
• 4.3.2 可行性分析
• 4.4 实例分析
• 5 结论
• 参考文献
• 附录
• 附件
• 致谢