長壁開采全過程采場礦壓數(shù)值模擬研究.pdf

1、長壁開采采場礦壓顯現(xiàn)強烈，尤其進入深部開采后，長壁開采引起的上覆巖層移動造成的礦井災害日漸嚴峻，嚴重制約了礦井的安全高效生產(chǎn)。在礦壓研究中，數(shù)值模擬以其不可比擬的特點與優(yōu)勢受到廣泛應用，但傳統(tǒng)數(shù)值模擬對長壁開采采場礦壓顯現(xiàn)的模擬結果與實際偏差較大。因此，改進長壁開采過程模擬方法，進行長壁開采采場礦壓研究，為礦井災害防控提供理論依據(jù)與現(xiàn)場指導具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文通過對長壁開采全過程中煤巖體損傷軟化、頂板垮落、采空區(qū)充填及承壓、巖

2、層破斷能量釋放和液壓支架壓力監(jiān)測等的分析，基于塑性理論、損傷軟化模型、雙屈服模型和FLAC3D FISH語言，開發(fā)了長壁開采全過程采場礦壓數(shù)值模擬方法及其計算程序。結合工程實例驗證了其正確性，并對開采過程中采動應力場演化特征、覆巖位移場變形特征、覆巖裂隙場破壞特征、巖層破斷能量釋放特征進行了模擬研究。
　　本研究主要內容包括：①開發(fā)了一種長壁開采全過程采場礦壓數(shù)值模擬方法及其計算程序。運用該方法和程序對同忻煤礦8203工作面回采過

3、程進行了數(shù)值模擬，結果表明，垮落高度與實測垮落高度的誤差為0.77％；沉降量與實測沉降量吻合；監(jiān)測的支架壓力峰值與實測來壓峰值相當，平均周期來壓步距與實測數(shù)據(jù)的誤差為1.5%，證明了該方法的可行性和有效性。②隨工作面推進，采動應力影響高度和寬度逐漸增大，采空區(qū)兩側巖層動壓系數(shù)整體也呈增大趨勢，且?guī)r層距離開采煤層越近其支承應力基本越大；在垮落帶內，巖層垂向應力曲線呈拱形且較光滑，層位越低應力越大，但都明顯小于原始應力；在裂隙帶內，應力曲線

4、大體仍呈拱形但波動較大，層位越低波動越大。③垮落帶內巖層垂向位移曲線具有“逆層序排布”和“交叉”特征；裂隙帶和彎曲下沉帶內巖層垂向位移曲線具有“層序排布”特征；垮落帶和裂隙帶內巖層垂向位移曲線曲折，彎曲下沉帶內巖層垂向位移曲線光滑；根據(jù)覆巖垂向位移曲線排布規(guī)律和形態(tài)特征可推斷出“三帶”分布高度。④覆巖破壞是剪切滑移和拉伸擴張雙重作用的結果，覆巖塑性區(qū)的發(fā)展在主關鍵層開始發(fā)生破壞之前為緩慢發(fā)展階段，以剪切塑性區(qū)的發(fā)展為主；其后為迅速發(fā)展階