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《開采覆巖運動特征及動力響應(yīng)的數(shù)值模擬研究.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、Vo1．21，No．8第21卷第8期中國礦業(yè)CHINAMININGMAGAZINEAug．20122012年8月開采覆巖運動特征及動力響應(yīng)的數(shù)值模擬研究趙亞軍，張繼高(河北工程大學，河北邯鄲056038)一～一一一～一一～一～～腳一摘要：以地質(zhì)單元勘查研究報告為背景，應(yīng)用計算機對某煤礦厚巖漿巖下煤層開采時覆巖移動規(guī)律及其動力響應(yīng)進行了數(shù)值模擬分析，得到：①由于巖漿巖這種特殊巖層的存在，使采空區(qū)上覆巖層的運動規(guī)律發(fā)生變異；②巖漿巖存在時，巖體內(nèi)的應(yīng)力、變形及位移的變化趨勢，揭示了工作面開拓過程中巖體內(nèi)應(yīng)力的重新分布過程、工作面支
2、承壓力和支架阻力的變異性。一．～～一一出一．～鎣一～一一～～Hm2小帥關(guān)鍵詞：厚巖漿巖；數(shù)值模擬；支承壓力；離散單元法；覆巖移動中圖分類號：TD325文獻標識碼：A文章編號：1004—4051(2012)08—0101一O3．Miningoverburdenmovementcharacteristicsanddy一nam一ic～re一spo．一ns訊一e盯一numericalsimulationstudyZHAOYa-jun，ZHANGJi—gao(HebeiUniversityofEngineering，Handan0560
3、38，China)～一一～一～一～一一蘭一煤炭開采所引起的采動，在采場中會產(chǎn)生礦壓安全生產(chǎn)，必須搞清楚巨厚巖漿巖下部開采時覆巖顯現(xiàn)。地表移動是煤層開采后覆巖移動由下往上逐的運移規(guī)律及其動力響應(yīng)。步發(fā)展到地表的結(jié)果。覆巖巖性與組合對地表沉陷的動態(tài)過程與沉陷盆地特征有顯著影響。山西某煤彎曲下沉帶礦在井田西南部大部分區(qū)域開采煤層上覆地層中，巖漿巖含有一層厚巖漿巖，該巖漿巖層致密堅硬，整體性___：j■_=——?！?，=一jj■j：好。當在小范圍非充分采動時，厚巖層依靠自身強_jj1：：：三三壬jjjji一i皇：：虧：{t毒：：：；：：
4、fi蔓：：三：：。：。。：一h：一：：。。裂隙帶度和剛度可以形成自撐結(jié)構(gòu)。煤層開采后由下至上：苫{毒÷jj。。：：：：～一f．：：r7、一一I＼一：一：。。：：冒落帶形成的冒落帶和裂隙帶發(fā)展到該巨厚巖漿巖后被阻蠢煤層隔，從而使上部巖層的彎曲變形非常小，致使“三帶”l<／>■'<發(fā)生變異(圖1)。隨著開采范圍的增加，厚巖漿巖圖1開采覆巖“三帶”發(fā)生變異示意圖層內(nèi)的應(yīng)力逐漸積累，離層空間加大，當開采引起的彎曲應(yīng)力達到和超過巖漿巖層自身強度極限時，或1有限元模擬計算巖體內(nèi)的斷裂結(jié)構(gòu)引導(dǎo)，巨厚巖體產(chǎn)生突發(fā)性斷裂1．1有限元計算模型和大
5、面積垮落，有可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。為保證礦井計算模型計算范圍橫向為3100m，縱向900m，如圖2所示。其范圍內(nèi)的地層經(jīng)過多年的工程地質(zhì)收稿日期：2012-04—22鉆探和野外現(xiàn)場測繪，斷層分布和優(yōu)勢節(jié)理分布以1O2中國礦業(yè)第21卷及碎裂結(jié)構(gòu)巖體的不連續(xù)面等都基本清楚，有室內(nèi)室內(nèi)大三軸試驗，取得了較為準確的弱層強度、巖塊土漿砂流變剪切試驗、現(xiàn)場大塊體試驗原位直剪試驗以及強度及節(jié)理巖體強度。一巖一巖巖一”粘巖細32粉鉀勰圖2有限元計算模型示意圖模型塊體的本構(gòu)關(guān)系采用莫爾一庫侖準則，節(jié)理選用足夠大的剛度系數(shù)才能保證計算結(jié)果的準確和面的
6、本構(gòu)模型選用面接觸的庫侖滑移模型。模擬開穩(wěn)定性。計算時節(jié)理參數(shù)如表2。采深度一730m，距邊界5lOm處設(shè)置開切眼，模擬表2計算時節(jié)理參數(shù)表開挖長度為2lOOm，開挖推進步距為1lOm，煤層假法向剛度切向剛度摩擦角粘結(jié)力抗拉強度節(jié)．．理號．．設(shè)為水平煤層，厚度為1lm，采用一次采全高方案。jKn／MPajKs／MPaq~／degC／MPat／}MPa煤層直接頂為56m砂巖，其上分別為粉砂巖37m、粘土巖16053240．310．002泥巖36m、礫巖42m、細砂巖264m，距煤層頂板巖漿巖4620017400366．3O．82
7、428m處是117m厚的巖漿巖，巖漿巖上為194m表細砂巖54502240291．30．14礫巖29401860211．30．2土層。砂巖73603030311．40．121．2計算參數(shù)的選取粉砂巖51403460261．20．13巖體的力學參數(shù)見表1。煤410152291．10．4表1巖體的力學參數(shù)泥巖24301060270．50．03巖石容重／彈性模量／泊抗拉強度／粘結(jié)力／摩擦角／泊耕1．3計算結(jié)果分析名稱(kg／ma)MPaMPaMPadeg由于巖漿巖這種特殊巖層的存在，使采空區(qū)上覆巖層的運動規(guī)律發(fā)生變異，所以選取巖漿巖
8、層作為主要研究對象，對其進行模擬分析，得到結(jié)果如下。1．3．1位移場變化特征模型從開切眼開始推進，分別在不同標高設(shè)置監(jiān)測線，監(jiān)測豎向位移。一720監(jiān)測線下沉曲線如圖3所示。計算參數(shù)對離散元非線性模擬結(jié)果的準確性至1．3．2位移矢量場變化特征關(guān)重要。剛度系數(shù)兩個塊體接觸，當彈性
