重復(fù)開采地表沉陷數(shù)值模擬分析.pdf

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1、第9卷第6期礦業(yè)工程2011年12月MiningEngineering55重復(fù)開采地表沉陷數(shù)值模擬分析劉陽欒元重顏世英劉娜。(1．山東科技大學(xué)，山東青島266510；2．山東省曲阜市市政工程管理處，山東曲阜273100；3．重慶地礦測(cè)繪院，重慶400042)摘要：運(yùn)用FLAC。和概率積分法對(duì)山東某煤礦工作面開采后的地表沉陷進(jìn)行預(yù)測(cè)，與實(shí)地觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，預(yù)計(jì)結(jié)果比較接近，但是數(shù)值模擬能夠不受巖移參數(shù)的限制，又可以有效的減少邊界效應(yīng)，簡(jiǎn)單易行，有利于礦區(qū)安全生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬；FLAC；地表

2、沉陷；預(yù)計(jì)中圖分類號(hào)：TD325文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671—8550(2011)06-0055—03采沉陷進(jìn)行了預(yù)計(jì)，并與實(shí)地觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比。0引言2數(shù)值模擬預(yù)計(jì)我國(guó)對(duì)開采沉陷的研究經(jīng)過最近幾十年的發(fā)展已逐步成熟，形成了獨(dú)立的學(xué)科范圍和獨(dú)特的研究方法]，有關(guān)2．1參數(shù)和計(jì)算模型的選擇開采沉陷的理論和方法也已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮了重模型中各巖層自上而下依次為第四系、礫巖、泥沙巖、要作用_2]。2O世紀(jì)6O年代我國(guó)引入波蘭學(xué)者提出的開采礫巖、泥巖、中細(xì)砂巖、泥砂巖、砂巖、細(xì)砂巖、粉細(xì)砂沉陷的隨機(jī)

3、介質(zhì)理論，并加以改進(jìn)和完善，提出了地表移巖、泥巖、3E煤、泥巖、3¨F煤、泥巖、灰?guī)r、泥巖，共17動(dòng)預(yù)計(jì)的概率積分法，該方法到現(xiàn)在仍被廣泛應(yīng)用]。但層。賦于工作面上覆各巖層相應(yīng)的巖性、厚度、彈性模量、是，預(yù)計(jì)參數(shù)的確定是十分重要的，直接決定預(yù)計(jì)結(jié)果，泊松比和抗拉強(qiáng)度，如表i。上工作面開采尺寸為6O×通常參數(shù)都是實(shí)際測(cè)定后得到的，在進(jìn)行預(yù)計(jì)工作時(shí)，需400，下工作面為l。0×500，為減少邊界效應(yīng)，傾向和走要采用已有的數(shù)據(jù)或是借用臨近礦區(qū)的數(shù)據(jù)。鑒于此，本向分別延伸，建立500×2000×400的模型

4、，共劃分為文用FLAC。。對(duì)煤礦開采沉陷進(jìn)行了預(yù)計(jì)，該方法以巖石46000個(gè)單元，56865個(gè)節(jié)點(diǎn)，見圖1。設(shè)立邊界條件，X力學(xué)理論為基礎(chǔ)，以煤巖物理力學(xué)參數(shù)和地層構(gòu)造特性為和Y方向兩側(cè)邊界施加水平約束，初始位移設(shè)置為零；Z計(jì)算依據(jù)，從而克服了經(jīng)典預(yù)計(jì)方法的不足。方向底部邊界的水平、垂直初始位移值都設(shè)置為零，z方向頂部設(shè)置為自由邊界。模型采用的是莫爾一庫侖屈服準(zhǔn)1工程地質(zhì)概況則：以山東某煤礦某工作面為工程實(shí)例，采動(dòng)區(qū)位于部分一(1一∞)_2cosO-(c，l+)sin0位于村莊下，因此，開采前需進(jìn)行

5、開采沉陷預(yù)計(jì)。該工作式中、0"3——分別為最大、最小主應(yīng)力；c、【，——分別面分為上、下兩部分，上工作面走向長(zhǎng)約400rrt，傾向長(zhǎng)約為表土的粘結(jié)力和摩擦角。38．8rfi，地面標(biāo)高48．5～49．0m，煤層埋藏深度一230～一250m，傾角7。，煤層平均厚1．41m；下工作面走向長(zhǎng)約483iTI，傾向長(zhǎng)約52．5m。煤層埋藏深一230～270m，傾角5。，煤層平均厚2．54m。工作面位于二疊系下統(tǒng)山西組，地層厚34．2O～98．60m，平均77．52m，主要由淺灰、灰白色中、細(xì)粒砂巖及灰黑色粉砂巖

6、、泥巖和煤層組成，砂巖含量較高。工作面位于一單斜構(gòu)造中，斷層影響可忽略不計(jì)。本次模擬分別用概率積分法和數(shù)值模擬方法對(duì)開基金項(xiàng)目：青黃跨海大橋動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)信息處理與災(zāi)變預(yù)測(cè)研究，圖1數(shù)值模擬計(jì)算模型圖編號(hào)：ZR2009EM002(山東省自然科學(xué)基金)。收稿日期：2011—05—192．2計(jì)算結(jié)果作者簡(jiǎn)介：劉陽(1986一)，女(漢族)，山東德州人，山東科技三維模型建立后，計(jì)算初始的應(yīng)力場(chǎng)。接著進(jìn)行開挖大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院在讀碩士研究生，主要研究方向：工程測(cè)量與工業(yè)測(cè)量。計(jì)算，先開挖上層煤，模擬計(jì)算，

7、然后開挖下層煤，考慮56礦業(yè)工程第9卷第6期時(shí)間和空間效應(yīng)修正參數(shù)，再次進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)束后，基于FLAC后處理功能，輸出上層煤開采后及上、下兩層煤都開采后的應(yīng)力場(chǎng)分布和位移分布。利用FLAC內(nèi)嵌的FISH語言編制程序，并輸出地表各節(jié)點(diǎn)位移信息，將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，借助SURFER8．0軟件分別繪制開采后的地表下沉和水平移動(dòng)變形的等值線圖、表面圖和矢量分布圖。圖2～4是兩層煤均采出后的地表下沉和水平移動(dòng)的綜合分析圖。同時(shí)，可得到用FIAC預(yù)計(jì)的地表最大下沉值是826mm，地表水平移動(dòng)最大值是228mm。表1

8、巖層力學(xué)參數(shù)圖4數(shù)值模擬Y方向位移綜合分析圖工程地質(zhì)密度EC抗拉強(qiáng)度類型／kg·m一1／MPa／z／MPa／MPa／。用FLAC預(yù)計(jì)的地表最大下沉值為826rnm，地表水土層22009．6570．3000．120．00221．2平移動(dòng)最大值為228mm。預(yù)計(jì)結(jié)果略小于憾概率虹積蘸分法預(yù)計(jì)粉砂巖243210080．2722．682．12632．5值，但影響范圍大于概率積分法的地表移動(dòng)范圍。數(shù)值模細(xì)砂巖2712116800．21714．044．24135．1擬計(jì)算得到的下