采動(dòng)卸壓范圍研究

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1、采動(dòng)卸壓范圍研究摘要：運(yùn)用FLAC3D數(shù)值模擬軟件分析了覆巖頂板的運(yùn)移規(guī)律，確定了開(kāi)采煤層圍巖體的卸壓區(qū)域，有利于瓦斯的高效抽采和采場(chǎng)支護(hù)的及時(shí)轉(zhuǎn)移。關(guān)鍵詞：FLAC3D1?引言煤層開(kāi)采造成煤巖體的應(yīng)力集中與卸壓，隨工作面推進(jìn)，采空區(qū)增大,煤層上覆巖層彎曲下沉，逐漸破斷形成采場(chǎng)周期來(lái)壓［1］。煤層前方周期性的出現(xiàn)應(yīng)力集中與卸壓，煤層覆巖頂板周期性破斷。煤層前方卸壓區(qū)域的確定有利于采動(dòng)卸壓瓦斯的有效抽采和支護(hù)強(qiáng)度的適度降低。2.數(shù)值模型的建立2.1兒何模型的創(chuàng)建設(shè)計(jì)FLAC3D數(shù)值模型長(zhǎng)度為220m,寬度為lm,高度為120m,將三維采場(chǎng)視為平面應(yīng)變問(wèn)題，模型仍以三維方式建立

2、，對(duì)模型運(yùn)算結(jié)果影響不大，但極大提高了運(yùn)算速度。模擬采深418m,煤層厚5m,平均傾角5°,為近水平煤層，模型即簡(jiǎn)化為水平煤層，開(kāi)切眼位于x=160m處。模型計(jì)算邊界條件：模型頂部為應(yīng)力邊界條件，模型頂部泥巖實(shí)際埋深323.46m,取平均巖體容重y二25kN/m3施加大小為8.09Mpa的均布荷載，整體y（寬度）方向及左右兩邊、底邊邊界為位移邊界條件。2.2材料模型的定義材料模型選著適合于巖土開(kāi)挖的摩爾-庫(kù)侖模型，木模型模擬綜放釆場(chǎng)的開(kāi)挖，需要考慮采場(chǎng)的應(yīng)力及塑性破壞問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣和巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)載荷達(dá)到強(qiáng)度極限后，巖體產(chǎn)生破壞，在峰后塑性流動(dòng)過(guò)程中，巖體殘余強(qiáng)度

3、隨著變形發(fā)展逐步減小。因此，計(jì)算中釆用莫爾一庫(kù)侖(Mohr-Coulomb)屈服準(zhǔn)則判斷巖體的破壞；釆用應(yīng)變軟化模型以反映煤體破壞后隨變形發(fā)展殘余強(qiáng)度逐步降低的性質(zhì)，其計(jì)算公式為式中，。1、。3分別是最大和最小主應(yīng)力，C和分別是粘結(jié)力和摩擦角。fs代表材料發(fā)生破壞的臨界值，當(dāng)fs〉0時(shí)，材料將發(fā)生剪切破壞。在通常應(yīng)力狀態(tài)下，巖體的抗拉強(qiáng)度很低，因此可根據(jù)抗拉強(qiáng)度準(zhǔn)則(。32oT)判斷巖體是否產(chǎn)生拉破壞。模型所需的材料屬性參數(shù)根據(jù)以往實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的數(shù)據(jù)和前人在模擬實(shí)驗(yàn)中所選取的合理參數(shù)取值。本數(shù)值模擬在參數(shù)合理和模型理想的情況下，通過(guò)模擬五陽(yáng)煤礦采煤過(guò)程，分析采場(chǎng)礦壓規(guī)律及煤巖

4、體破壞趨勢(shì)以更好的指導(dǎo)煤與瓦斯共采。2.數(shù)值模擬結(jié)果分析模型運(yùn)算時(shí)，在工作面前方1叭3叭5叭7m從模型底部至模型頂部布置4條測(cè)線，每條測(cè)線由120個(gè)測(cè)點(diǎn)構(gòu)成，測(cè)點(diǎn)間隔1叫監(jiān)測(cè)各點(diǎn)的鉛直應(yīng)力并與原巖應(yīng)力相比較得到該點(diǎn)的應(yīng)力系數(shù)后，以測(cè)點(diǎn)距模型底邊界的距離為縱坐標(biāo)，應(yīng)力系數(shù)為橫坐標(biāo)得到工作面前方不同縱向線上應(yīng)力系數(shù)隨距模型底部距離的變化曲線如圖1?1所示。山圖1?1可得：在工作面前方1叭3m處受模型大小所限，模型自下而上均處于卸壓狀態(tài)由以煤層層位的卸壓最明顯；工作面前方5m處煤層層位以下基本處于卸壓狀態(tài)而煤層覆巖基木處于增壓狀態(tài)；工作面前方7m處除煤層底板21m以下為卸壓狀態(tài)，

5、其余均為增壓狀態(tài)。不同縱向上煤巖體應(yīng)力系數(shù)的變化均以煤層為轉(zhuǎn)折點(diǎn)說(shuō)明煤層既是卸壓明顯區(qū)又是應(yīng)力集屮區(qū)，而應(yīng)力系數(shù)值的不等值性表明煤巖體的破斷步距不同，整體趨勢(shì)為縱向上距煤層越遠(yuǎn)巖體破斷步距越大。煤層上方約6-10ni、20-24in處曲線的應(yīng)力系數(shù)有增大波動(dòng)，可判斷該兩處分別為老頂及該模型內(nèi)的關(guān)鍵層，巖性分別為老頂砂巖和中粒石英砂巖。2.結(jié)論由數(shù)值模擬可得以下結(jié)論：開(kāi)采造成采空區(qū)周圍煤巖體的卸壓及工作面前方的應(yīng)力集中，煤層前方0-5m范圍為卸壓區(qū)，煤層前方7ni以遠(yuǎn)區(qū)域?yàn)樵鰤簠^(qū)；由煤層向上越遠(yuǎn)煤巖體破斷布距越大，煤層上方約6-10m.20-24m內(nèi)的巖體為模型內(nèi)的關(guān)鍵層，巖

6、性分別為老頂砂巖和中粒石英砂I-UO參考文獻(xiàn)：[1]吳仁倫，許家林，孔翔，等?長(zhǎng)綜放面采動(dòng)上覆煤層的瓦斯卸壓規(guī)律研究[J]?采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2010,27(1)：8-12.