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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