必威体育精装版UDEC模拟.doc

1 模型的建立 建立数学模型是数值模拟工作的首要任务, 模型建立正确与否, 是能否获得符合实际计算结果的前提, 模型的设计, 必须遵循下列原则:采动覆岩移动的影响因素很多, 模型的设计,必须突出影响采动覆岩移动的主要因素, 并尽可能多地考虑其它重要因素。模型是由实体简化的, 但应不失一般性。模型的设计, 必须能很好地反映材料的物理力学特性,如材料的均匀性, 弱面影响及非线性等。地下工程实际上是半无限域问题, 但数值模拟只能是在有限的范围内进行。因此, 模型的设计,必须考虑其边界效应, 选择适当的边界条件。任何地下工程, 也都是一个时空问题, 采动围岩移动也是如此。因此, 模型的设计,必须能体现工作面的推进与接续, 能体现出覆岩冒落、底板膨胀鼓起及变形移动的时间过程。模型的设计, 应尽可能便于数值模拟计算, 在模型范围及受力分析方面, 既要满足弹塑性理论对应力分析的基本要求, 又要顾及现有计算机的容量。 2 模型的基本参数 各岩层物理力学参数按表2.1选取，表中抗拉强度、泊松比参考附近矿区岩层实际参数，由于该矿并没有各岩层粘聚力和摩擦角等参数，粘聚力、摩擦角和弹性模量按该岩性岩体平均参数选取，体积模量和剪切模量由泊松比和弹性模量按公式计算得出。 式中：K为岩体体积模量；G为岩体剪切模量；E为岩体的弹性模量；ν为岩体的泊松比。 表2.1 模型中采用的岩体物理力学参数 岩层名称 岩层厚度 /m 体积模量 /GPa 剪切模量 /GPa 抗拉强度 /MPa 粘聚力 /MPa 内摩擦 角/° 砂质泥岩或粉砂岩1 5.63 3.125 2.542 0.8 2.5 35 11煤 10.94 2.381 1.163 0.65 1.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩2 43.67 3.571 2.459 0.74 2.5 35 砂质泥岩或粉砂岩3 7.92 6.667 2.222 0.76 2.5 35 9煤 6.4 2.381 1.163 0.65 1.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩4 21.83 2.857 2.609 1 2.5 35 8煤 3.52 2.381 1.163 0.65 1.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩5 27.77 10 2.143 0.72 2.5 35 6煤 6.35 2.381 1.163 0.65 2.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩6 11.42 10 2.143 0.88 2.5 35 砾岩 50 2.135 1.668 0.8 2.2 34 依据工作面的地质条件, 建立图1所示的数值计算模型。模型长度200m, 高度80m。模型上边界施加其上方岩层的自重应力。左侧开采边界距模型左边界50m。 图 1 3 边界条件确定 根据计算模型的实际赋存条件, 本计算模型的边界条件如下: 上部边界条件: 与上覆岩层的重力( )有关。为了研究的方便, 载荷的分布形式简化为均布载荷, 上部边界条件为应力边界条件, 即q = = 30MPa。 下部边界条件: 本模型的下部边界条件为底板, 简化为位移边界条件, 在x 方向可以运动, y方向为固定铰支座, 即v= 0。 两侧边界条件: 本模型的两侧边界条件均为实体煤岩体, 简化为位移边界条件, 在y 方向可以运动, x 方向为固定铰支座, 即u= 0。 4 数值模拟模拟结果与分析 当工作面推进10m 左右时, 伪顶和直接顶开始部分垮落, 开切眼处受原来锚杆支护的影响, 直接顶仍然完好, 未垮落直接顶与上部岩层间产生了少量微小裂隙。采空区侧煤壁及工作面煤壁变形不大,支架受力情况良好（图２所示）。当工作面推进至20m 时, 直接顶已全部垮落, 松散堆积于采空区, 但垮落下来的岩层厚度较小, 未能完全充填满采空区（图３所示）。原开切眼处直接顶也开始垮落, 但仍有部分悬露。在支架的作用下, 工作面煤壁变形小, 比较容易维护, 一般不会发生大面积冒顶和片帮事故。 图　２ 图　３ ( 1) 从图４中可以看出, 当工作面向前推进至40 m 的时候, 直接顶将随工作面的推进及时垮落,原开切眼处直接顶也几乎全部垮落, 直接顶垮落高度增加。采空区被垮落的矸石进一步充填, 基本顶下部也逐渐形成张裂隙, 但仍然保持完好, 模拟记录中部下沉量为2８2mm。随着顶板悬露跨度的增加,两侧煤壁承受的压力也增大, 变形量也增大, 此时应防范工作面煤壁片帮及冒顶事故的发生。 ( 2) 从图５中可以看出, 当工作面推进至50 m时, 直接顶垮落形成的矸石将采空区充填满, 基本顶中部产生断裂, 断裂的基本顶发生少量弯曲下沉, 并压向采空区垮落直接顶之上。由于回转下沉量很 小, 因此工作面来压时支架压力增加将不是