采煤誘發(fā)地表裂縫數(shù)值模擬研究.pdf

1、巖石具有抗拉不抗壓的力學(xué)特性,由于這一特點(diǎn)引發(fā)的工程災(zāi)害數(shù)不勝數(shù)。地裂縫災(zāi)害是巖石工程導(dǎo)致的地面變形災(zāi)害之一。采煤沉陷區(qū)往往存在大量地裂縫,使環(huán)境惡化、嚴(yán)重危害人們的生活和財(cái)產(chǎn)安全。研究煤層開(kāi)采過(guò)程中地表受拉破壞的過(guò)程和規(guī)律,在工程實(shí)踐中具有重要意義。文章研究采煤沉陷區(qū)地裂縫演化過(guò)程,探討采煤誘發(fā)地裂縫分布規(guī)律。主要介紹巖層移動(dòng)破壞規(guī)律規(guī)律、巖石變性破壞的力學(xué)分析以及采煤誘發(fā)沉陷地裂縫的力學(xué)分析等相關(guān)理論,以巖石受拉破壞的理論為基礎(chǔ),給

2、出了巖石拉張破裂的四個(gè)判據(jù),建立有限元模型,計(jì)算得出數(shù)值模擬結(jié)果,分析模擬采煤誘發(fā)地裂縫的演化過(guò)程和地表破裂的結(jié)果。有限元方法是目前應(yīng)用最為廣泛的研究工具,但是傳統(tǒng)的有限元方法,是建立在連續(xù)性假設(shè)基礎(chǔ)上的,不能模擬巖石拉張破裂后形成的不連續(xù)結(jié)構(gòu),不能直接處理巖石拉破壞現(xiàn)象問(wèn)題。利用可描述拉張破裂的有限元方法,對(duì)不同抗拉強(qiáng)度、不同工作面推進(jìn)長(zhǎng)度、不同開(kāi)采深度和不同煤層傾角下,沉陷區(qū)地裂縫演化過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明:煤層開(kāi)采后,采空

3、區(qū)破壞到一定程度后,沉陷區(qū)外邊緣地表形成地裂縫并向深處擴(kuò)展。抗拉強(qiáng)度越小,工作面推進(jìn)的長(zhǎng)度越大,開(kāi)采深度越小,地表形成的裂縫增多。覆巖抗拉強(qiáng)度越小,工作面推進(jìn)長(zhǎng)度越大,煤層埋深越淺,地表越容易形成沉陷地裂縫,甚至形成地面塌陷。地裂縫上寬下窄,擴(kuò)展方向大致與工作面推進(jìn)方向相垂直。地裂縫的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程是力學(xué)作用過(guò)程在巖層中的表現(xiàn),拉張破裂形成不連續(xù)面后,裂縫周?chē)鷳?yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變,開(kāi)裂點(diǎn)處應(yīng)力被釋放,應(yīng)力重新分布,導(dǎo)致巖石裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展形成