數(shù)值模擬斷層對導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育特征影響研究.pdf

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1、2012年第2期能源技術(shù)與管理19doi：10．39696．issn．1672—9943．2012．02．007數(shù)值模擬斷層對導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育特征影響研究路彬1，葛金福1，趙連濤(1．內(nèi)蒙古裕興礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯，016064；2．兗州煤業(yè)公司興隆莊煤礦，山東兗州272102)[摘要]采用數(shù)值模擬方法建立了二維模型分別對有無斷層和不同傾角斷層對導(dǎo)水裂隙帶高度發(fā)育的影響進(jìn)行模擬分析，同時結(jié)合巖體力學(xué)和彈塑性力學(xué)知識，對導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育規(guī)律和特征進(jìn)行了理論分析，得出了在無斷層的條件下，煤層開采后的導(dǎo)水裂隙帶分布呈對稱的兩頭高

2、中間低的“馬鞍型”，有斷層條件下對導(dǎo)水裂隙帶高度的發(fā)育影響，不論傾角大小，均是使裂隙帶高度增加，斷層為小傾角逆斷層時，導(dǎo)水裂隙帶形態(tài)較無斷層時有較大差別的主要結(jié)論。[關(guān)鍵詞]導(dǎo)水裂隙帶；數(shù)值模擬；斷層[中圖分類號]TD163[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B[文章編號]1672-9943(2012)02—0019一O3走向長度400m，巖層高度為200m，其中煤層底0引言板巖層30m，煤層9．0m、頂板巖層161m。因煤層隨著煤礦開采逐步向深部進(jìn)行，很多淺部開傾角較小，為近水平煤層，模擬時按水平煤層進(jìn)行采沒有出現(xiàn)的高水壓、構(gòu)造發(fā)育等對導(dǎo)水裂隙帶模

3、擬。共劃分了6374個單元，模擬計(jì)算模型如圖的影響日益明顯。《“三下”規(guī)程》中的導(dǎo)水裂隙帶1所示。高度的預(yù)測公式不再完全適用，進(jìn)而有必要對其進(jìn)行新的探討和研究，獲得在新型采煤方法條件下導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育規(guī)律及導(dǎo)水裂隙帶高度的預(yù)測公式]。尤其是深部開采涉及到的斷層條件下導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育規(guī)律的研究還是較少，其意義較大，有必要對其進(jìn)行深入研究。1數(shù)值模型的建立及計(jì)算結(jié)果分析圖1模擬計(jì)算模型1．1模擬方案(3)約束條件。對模擬計(jì)算剖面模型，在側(cè)邊根據(jù)研究目的，擬建立模型如下：對初始模型界施加水平約束；底部邊界施加水平和垂直約束。進(jìn)行模擬計(jì)算

4、，作為原始數(shù)據(jù)，其它模擬結(jié)果與其模型的上邊界加載大小為上覆巖層自重應(yīng)力，剖進(jìn)行比較；在初始模型的基礎(chǔ)上，增加一個逆斷面上邊界埋深456m，其中土層厚度103．5m，土層，走向斷面上的傾角為30。，開采方向?yàn)橄卤P到層和巖層的重量密度分別取0．02MN／m、0．025MN／m，上盤，進(jìn)行模擬研究；改變斷層為傾角70o的正斷計(jì)算得剖面上邊界所加荷載為10．9MPa。層，開采方向仍為下盤到上盤，再進(jìn)行模擬研究。1．3巖體力學(xué)參數(shù)的選擇1．2計(jì)算模型的建立根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料和巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)(1)模型化假設(shè)。為計(jì)算方便及達(dá)到模擬計(jì)算采用

5、Mohr—Coulomb屈服準(zhǔn)則，各巖層的巖性參算的主要目的，本模型作了如下概化和假設(shè)：松散數(shù)如表1所示。層交互沉積，厚度較大，在一定范圍內(nèi)，用補(bǔ)償荷1．4模擬計(jì)算結(jié)果分析載來代替；巖土層組在組內(nèi)為均勻連續(xù)介質(zhì)；采用為研究對比需要并結(jié)合礦區(qū)實(shí)際情況，特選自重應(yīng)力場作為原始地應(yīng)力場；地下水的影響在定小傾角的逆斷層(30。)和大傾角的正斷層(70。)選取巖土體參數(shù)中體現(xiàn)，而在計(jì)算模型中不直接作為研究對象。下面就這兩類斷層為例模擬分析出現(xiàn)；斷層的形態(tài)、產(chǎn)狀不變，由于落差不是太大，斷層影響下導(dǎo)水裂隙帶高度發(fā)育及動態(tài)變化規(guī)律。沒有考慮其影

6、響，斷層帶厚度為0．5m。1．4．1無斷層時導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度模擬(2)模型建立。本次計(jì)算模型的尺寸范圍為：無斷層開采時的第一主應(yīng)力圖如圖2～4所