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        復(fù)雜煤層開(kāi)采工作面礦壓數(shù)值模擬

        2018-08-22 19:35:16陳彥好喬藝騫
        科學(xué)與財(cái)富 2018年20期
        關(guān)鍵詞:礦山壓力數(shù)值模擬

        陳彥好 喬藝騫

        摘 要: 隨著煤炭資源的不斷開(kāi)發(fā),淺層長(zhǎng)壁煤炭被不斷采出,特別是在東部地區(qū),不斷向深部煤層以及復(fù)雜煤層發(fā)展,然而復(fù)雜煤層的開(kāi)采條件更加復(fù)雜、惡劣,所以,對(duì)復(fù)雜煤層開(kāi)采的研究勢(shì)在必行。為了更清楚的了解復(fù)雜煤層開(kāi)采工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,本文將采用離散元UDEC3.10軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,通過(guò)分析得到復(fù)雜煤層開(kāi)采條件下的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。

        關(guān)鍵詞: 復(fù)雜煤層;礦山壓力;數(shù)值模擬;UDEC軟件

        1UDEC3.10軟件介紹

        UDEC(Universal Discrete Element Code)是針對(duì)非連續(xù)介質(zhì)開(kāi)發(fā)的平面離散元程序,在數(shù)學(xué)求解方式上采用了與FLAC一致的有限差分方法,力學(xué)上則增加了對(duì)接觸面的非連續(xù)力學(xué)行為的模擬,因此,UDEC被普遍用來(lái)研究非連續(xù)面(與地質(zhì)結(jié)構(gòu)面)占主導(dǎo)地位的工程問(wèn)題。

        2模型建立

        根據(jù)宋振騏院士提出的以巖層運(yùn)動(dòng)為中心的礦壓傳遞巖梁理論建立數(shù)值模擬模型。根據(jù)采場(chǎng)上覆巖層運(yùn)動(dòng)對(duì)采場(chǎng)產(chǎn)生直接影響的程度,可以認(rèn)為6.6m砂質(zhì)頁(yè)巖老頂及其以下范圍的巖層是對(duì)采場(chǎng)產(chǎn)生直接影響的巖層,而該老頂之上巖層則視為作用到其上的載荷,所以模型的建立只考慮老頂、直接頂、煤層和底板的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

        工作面巖性特征如表3-1所示。

        為了模擬復(fù)雜煤層開(kāi)采過(guò)程的圍巖運(yùn)動(dòng)及應(yīng)力演化規(guī)律,采用適合非連續(xù)介質(zhì)的離散元軟件UDEC進(jìn)行模擬。建立模型范圍為:走向100m×巖層高度22.4m,依據(jù)表3-1賦予各巖層相應(yīng)的力學(xué)參數(shù),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取相關(guān)節(jié)理、裂隙的物理力學(xué)參數(shù),模擬中模型深度為600m,所建立模型在上邊界施加600m埋深所產(chǎn)生的壓力,左右邊界和下邊界固定。建立模型如圖1所示。

        3模擬過(guò)程

        建立模型后,按照以下過(guò)程進(jìn)行模擬:原巖應(yīng)力平衡→工作面初次來(lái)壓→工作面周期來(lái)壓1→工作面周期來(lái)壓2→工作面周期來(lái)壓3。

        4模擬結(jié)果

        通過(guò)對(duì)上覆巖層的下沉量進(jìn)行分析可以看出,隨著工作面的不斷推進(jìn),直接頂和老頂均在距離工作面10m~15m左右出現(xiàn)離層,這說(shuō)明直接頂?shù)南鲁了俣纫笥诶享數(shù)南鲁了俣?,相?duì)于直接頂來(lái)說(shuō),老頂?shù)南鲁潦蔷徛摹?/p>

        采場(chǎng)上覆巖層位移:

        通過(guò)對(duì)上覆巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析,可以看出:

        1、在靠近煤壁處和直接頂懸頂與老塘區(qū)接界處應(yīng)力都為壓應(yīng)力,越靠近煤層應(yīng)力值越大,遠(yuǎn)離煤層處應(yīng)力變??;采空區(qū)周圍受到的應(yīng)力較小,煤壁內(nèi)側(cè)周圍受到的應(yīng)力最大;采深越大,靠近煤壁處應(yīng)力值越大。

        2、水平方向應(yīng)力越靠近煤壁應(yīng)力值越大,且為壓應(yīng)力,遠(yuǎn)離煤壁的頂?shù)装逅綁簯?yīng)力值變小,達(dá)到一定距離后拉應(yīng)力出現(xiàn);直接頂和老頂上都有水平拉應(yīng)力出現(xiàn),且以拉應(yīng)力為主。

        3、隨著工作面的推進(jìn)煤層覆巖的最大下沉量基本一致,但是在距離工作面距離較近的直接頂和老頂之間已經(jīng)出現(xiàn)了離層,這說(shuō)明直接頂與老頂之間的下沉速度是不一致的,相對(duì)于直接頂來(lái)說(shuō),老頂?shù)南鲁了俣仁蔷徛摹?/p>

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