土木工程碩士論文開題報告

時間：2024-09-25 19:37:48 開題報告我要投稿

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土木工程碩士論文開題報告范文

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土木工程碩士論文開題報告范文

　　課題名稱：

　　厚硬頂板高壓預(yù)注水弱化機理研究碩士畢業(yè)論文開題報告

　　學(xué)科專業(yè)：巖土工程

　　1、課題來源、選題依據(jù)背景情況、課題研究目的、國內(nèi)外的研究動態(tài)、水平、存在問題，并附主要參考文獻：

　　1.1課題來源

　　淮南礦區(qū)已進入深部開采，厚硬頂板難冒問題突出，造成重大經(jīng)濟損失。為此，淮南礦業(yè)集團高度重視，xx年組織集團公司工程技術(shù)人員到山西等多個礦業(yè)集團考察，并邀請相關(guān)科研單位論證分析淮南礦區(qū)綜采面壓架機理，并決定聯(lián)合有關(guān)科研單位開展“煤與瓦斯突出煤層綜采工作面頂板深孔預(yù)裂爆破技術(shù)”研究。

　　1.2選題依據(jù)背景情況

　　煤炭是我國的基礎(chǔ)能源，在我國一次能源構(gòu)成中煤炭約占70%左右。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，國家對煤炭等能源需求量越來越大。xx年我國原煤產(chǎn)量為28億噸，xx年原煤產(chǎn)量29.6億噸，xx年原煤產(chǎn)量超過30.0億噸，xx年原煤產(chǎn)量為35.2億噸，預(yù)計xx年原煤產(chǎn)量將達到37.9億噸。我國煤炭淺部資或賦存條件相對簡單資源日益減少，煤礦相繼進入深部開采期，隨之而來就面臨著厚硬頂板控制問題。厚硬頂板由于整體性好、強度高，難于冒落，如不及時采取強制處理，將形成采空區(qū)大面積懸頂。大面積懸頂一旦垮落，一方面由于巖層折斷時產(chǎn)生的強烈動載荷會損壞或推倒大量工作面支架，從而頂板常沿煤壁切斷造成工作面垮冒事故；另一方面，采空區(qū)積存的大量高濃度瓦斯氣體，沿風(fēng)巷、機巷涌出，造成瓦斯超限，并形成破壞力很強暴風(fēng)，在風(fēng)暴所經(jīng)過之處，其強烈的沖擊作用，摧毀結(jié)構(gòu)。采工作面及其鄰近巷道中的支架、風(fēng)門和磚墻密閉，甚至使礦車翻倒，軌道彎曲，對井下人員及設(shè)備造成嚴重的危害。例如，潘一礦1402(3)(壓架2套)、潘一礦1602(3)、潘三礦17110(3)(壓架2套)等多個工作面壓架和出水現(xiàn)象，造成重大經(jīng)濟損失。為此，淮南礦業(yè)集團xx年組織集團公司工程技術(shù)人員到山西等多個礦業(yè)集團考察，并邀請相關(guān)科研單位論證分析淮南礦區(qū)綜采面壓架機理，并決定聯(lián)合有關(guān)科研單位開展“煤與瓦斯突出煤層綜采工作面頂板深孔預(yù)裂爆破技術(shù)”研究。

　　1.3課題研究目的

　　以往煤層強制放頂爆破采用的是常規(guī)炸藥，炸藥爆破過程的重要特性是炸藥通過高速的化學(xué)反應(yīng),在裝藥孔壁上產(chǎn)生巨大的氣體壓力，使周圍的介質(zhì)破壞和破碎。但它存在著施工量大；炸藥消耗大、污染井下空氣，存在一定的危險性，稍微不慎可能會造成瓦斯爆炸、煤層坍塌等重大問題。壓力注水弱化頂板法就是在工作面預(yù)先向頂板鉆孔注壓力水，利用水對巖體的壓裂和軟化作用，破壞頂板的完整性和降低頂板巖石強度，當(dāng)工作面采過后，頂板可正�？迓洌瑴p小來壓對工作面的威脅。壓力注水法具有改變頂板力學(xué)特性，變難冒為易冒，實現(xiàn)長壁綜合機械化采煤，提高資源回收率；同時可降低工作面粉塵含量，改善勞動環(huán)境；注水與回采作業(yè)平行，預(yù)先釋放部分瓦斯等優(yōu)點等優(yōu)點。

　　1.4國內(nèi)外的研究動態(tài)、水平、存在問題

　　我國厚硬頂板控制的研究始于60年代，已有近50年歷史，處于世界領(lǐng)先的地位，在生產(chǎn)實踐中積累了豐富的經(jīng)驗。

　　靳鐘銘、徐林生、錢鳴高等通過對厚硬頂板的研究，較全面地分析了厚硬頂板采場礦山壓力及其顯現(xiàn)規(guī)律、采場來壓預(yù)測預(yù)報、厚硬頂板采場支架受力分析、厚硬頂板的處理方法等；

　　王開，康天合等對堅硬頂板控制放頂方式及合理懸頂長度進行了研究，提出了厚硬頂板合理的冒落步距計算方法；

　　靳鐘銘[2]根據(jù)大同礦務(wù)局的現(xiàn)場試驗結(jié)果，在總結(jié)其他人的研究成果的基礎(chǔ)上，對頂板注水弱化的方法做了系統(tǒng)的闡述和分析。

　　陳榮華等[34][35]采用repa2d軟件對注水軟化厚硬頂板(關(guān)鍵層)做了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明：隨軟化系數(shù)的減小和軟化厚度的增加，上覆巖層初始冒落步距及來壓顯著減�。喝艉裼矌r層巖樣本身能被注水軟化，而實際采場由于地質(zhì)構(gòu)造及開采工藝的影響未必適宜單獨采用注水軟化法，可選用其他弱化厚巖層的方法，或注水軟化法與其他弱化方法共同使用，從而有效控制采場礦山壓力。

　　寧宇[36]等采用了有限元計算和模型試驗對堅硬頂板注水工作面礦壓顯現(xiàn)特征進行研究。強調(diào)頂板注水后，頂板巖體發(fā)生塑化，改變了頂板巖層中的應(yīng)力分布和頂板變形位移特征。頂板巖層中的拉、壓力峰值轉(zhuǎn)移到了采區(qū)上方的懸頂中，從而有利于頂板在采空區(qū)上方斷裂并分層次垮落，減小巖層折斷時對支架的沖擊載荷和傳力系數(shù)，減小頂板來壓強度，從理論上進一步說明了向頂板高壓注水是控制堅硬難冒頂板的有效技術(shù)途徑。

　　以上研究從模擬或?qū)嶒炆蠈ψ⑺髱r體發(fā)生的變化進行了分析，或從宏觀上對注水軟化上的機理進行了闡述，而從微觀上對高壓水注水的機理研究分析的較少。

　　1.5主要參考文獻

　　[1]宋永津，控制煤層堅硬難冒頂板技術(shù)[m]，煤炭工業(yè)出版社，xx，9.

　　[2]靳鐘銘，徐林生，煤礦堅硬頂板控制[m]，北京，煤炭工業(yè)出版社，1994.

　　[3]錢鳴高，石平五，礦山壓力與巖層控制[m]，中國礦業(yè)大學(xué)出版社，xx，11.

　　[4]王桂堯，孫宗順，徐紀成，巖石壓剪斷裂機理及強度準則的探討，巖土工程學(xué)報，1996，18(4)：68～74.

　　[5]rebinder p a，sehreiner l a，zhigach k f.h，aridness reducers in

　　drilling：a physico—chemical method of facilitating mechanical destruction

　　of rocks during[m].moscow：akad naunk，tansl.by melboune：csiro，1994.

　　[6]湯連生，張鵬程，王思敬，水——巖化學(xué)作用之巖石斷裂力學(xué)效應(yīng)的試驗研究.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，xx，21(6)：22～27.

　　[7]鄭少河，朱維中，裂隙巖體滲流損傷耦合模型的理論分析，巖石力學(xué)與工程學(xué)報，xx，20(2)：156～159.

　　[8]周維垣，高等巖石力學(xué)[m]，北京，水利水電出版社，1990.

　　[9]y.p chugh，effects of moisture on strata control in coal mines，engineering geology，1981(17)：241～255.

　　[10]康紅普，水對巖石的損傷，水文地質(zhì)與工程地質(zhì)，1994，(2)：39～40.

　　[11]朱珍德，胡定，裂隙水壓力對巖體強度的影響，巖土力學(xué)，xx，21(1)：6l～67.

　　[12]閆少宏，寧宇，康立軍等，用水力壓裂處理堅硬頂板的機理及實驗研究，煤炭學(xué)報，xx，25(1)：32～35.

　　[13]a.巴內(nèi)基等，a.k.雷，g.辛格，高壓注水控制堅硬頂板，中國煤炭，xx，30(12)：73～74.

　　[14]陳榮華，張連英，厚硬頂板采場注水軟化的數(shù)值模擬，礦山壓力與頂板管理，xx，3：85～86.

　　[15]陳榮華，錢鳴高，繆協(xié)興，注水軟化法控制厚硬關(guān)鍵層采場來壓數(shù)值模擬，巖石力學(xué)與工程學(xué)報，xx，z4(13)：2266～2271.

　　[16]寧宇，陳暉，堅硬頂板注水工作面礦壓顯現(xiàn)特征的有限元計算和模型試驗研究，煤炭學(xué)報，1990，15(1)：83～92.

　　[17]劉東燕，嚴xx，陳彥峰，壓剪應(yīng)力作用下巖體裂紋擴展概率模型研究，巖土工程學(xué)報，1999，21(1)：56～59.

　　[18]孫廣忠，巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)[m]，北京，科學(xué)出版社，1998.

　　2、課題的主要內(nèi)容，擬解決的主要技術(shù)問題，在理論和應(yīng)用方面的意義，完成課題的條件(包括個人業(yè)務(wù)水平、所在系或?qū)W科組的技術(shù)、設(shè)備條件)和擬采取的技術(shù)措施和辦法：

　　2.1課題的主要內(nèi)容，擬解決的主要技術(shù)問題，在理論和應(yīng)用方面的意義

　　本項目擬在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用理論分析、計算機數(shù)值模擬、現(xiàn)場試驗的綜合研究方法，開展對淮南礦區(qū)煤與瓦斯突出煤層厚硬頂板綜采面高壓預(yù)注水弱化砂巖頂板技術(shù)研究，使堅硬頂板弱化，使難冒頂板轉(zhuǎn)化為可冒落頂板，改善堅硬頂板的冒落性，減少采空區(qū)的懸頂面積，從而減輕周期來壓對工作面支架的影響，保證本工作面的安全順利回采。主要研究內(nèi)容如下：

　　(1)水對裂隙巖體強度的影響，重點討論水對巖石的化學(xué)損傷機理和壓力水作用下巖體的斷裂強度。

　　(2)研究水在巖體中的滲流問題，建立流固耦合的滲流方程，并用有限元法對建立的流固耦合模型進行求解。

　　(3)研究定向水壓致裂的機理，為在堅硬頂板中采用高壓水定向分層提供理論依據(jù)。

　　2.2主要技術(shù)路線

　　2.3完成課題的條件(包括個人業(yè)務(wù)水平、所在系或?qū)W科組的技術(shù)、設(shè)備條件)和擬采取的技術(shù)措施和辦法：

　　本人在本科階段主修土木工程，在理論分析上對地上、地下結(jié)構(gòu)，以及煤礦等具有一定的基礎(chǔ)知識。研究生階段，在導(dǎo)師的指導(dǎo)和帶領(lǐng)下，專門學(xué)習(xí)了煤礦巖巷、煤巷掘進理論知識和親自到掘進工作面松動爆破實踐，并閱讀了大量的文獻資料。

　　另外，國內(nèi)關(guān)于堅硬頂板控制資料相對較多，基于目前國內(nèi)外對高壓注水的研究成果、我國煤礦掘進爆破工程實例以及我國能源政策的大力支持，給本課題的研究工作提供了足夠的理論和實踐資料。

　　在課題準備階段，在導(dǎo)師徐穎教授的指導(dǎo)下，以上各項條件均為本課題的順利完成提供了有利的保障。

　　3課題工作量及進展計劃(包括各階段計劃完成的內(nèi)容和所需的時間等)。

　　(1)xx年2月～4月：資料收集、查閱文獻資料等；

　　(2)xx年5月～8月：厚硬頂板高壓預(yù)注水機理研究分析

　　(3)xx年8月～10月：對高壓注水破壞過程進行數(shù)值模擬分析，并得出結(jié)論