重复开采地表沉陷数值模拟分析.pdf

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1、第9卷第6期矿业工程2011年12月MiningEngineering55重复开采地表沉陷数值模拟分析刘阳栾元重颜世英刘娜。(1．山东科技大学，山东青岛266510；2．山东省曲阜市市政工程管理处，山东曲阜273100；3．重庆地矿测绘院，重庆400042)摘要：运用FLAC。和概率积分法对山东某煤矿工作面开采后的地表沉陷进行预测，与实地观测结果进行对比分析，预计结果比较接近，但是数值模拟能够不受岩移参数的限制，又可以有效的减少边界效应，简单易行，有利于矿区安全生产。关键词：数值模拟；FLAC；地表

2、沉陷；预计中图分类号：TD325文献标识码：A文章编号：1671—8550(2011)06-0055—03采沉陷进行了预计，并与实地观测值进行对比。0引言2数值模拟预计我国对开采沉陷的研究经过最近几十年的发展已逐步成熟，形成了独立的学科范围和独特的研究方法]，有关2．1参数和计算模型的选择开采沉陷的理论和方法也已经在现场生产实践中发挥了重模型中各岩层自上而下依次为第四系、砾岩、泥沙岩、要作用_2]。2O世纪6O年代我国引入波兰学者提出的开采砾岩、泥岩、中细砂岩、泥砂岩、砂岩、细砂岩、粉细砂沉陷的随机

3、介质理论，并加以改进和完善，提出了地表移岩、泥岩、3E煤、泥岩、3¨F煤、泥岩、灰岩、泥岩，共17动预计的概率积分法，该方法到现在仍被广泛应用]。但层。赋于工作面上覆各岩层相应的岩性、厚度、弹性模量、是，预计参数的确定是十分重要的，直接决定预计结果，泊松比和抗拉强度，如表i。上工作面开采尺寸为6O×通常参数都是实际测定后得到的，在进行预计工作时，需400，下工作面为l。0×500，为减少边界效应，倾向和走要采用已有的数据或是借用临近矿区的数据。鉴于此，本向分别延伸，建立500×2000×400的模型

4、，共划分为文用FLAC。。对煤矿开采沉陷进行了预计，该方法以岩石46000个单元，56865个节点，见图1。设立边界条件，X力学理论为基础，以煤岩物理力学参数和地层构造特性为和Y方向两侧边界施加水平约束，初始位移设置为零；Z计算依据，从而克服了经典预计方法的不足。方向底部边界的水平、垂直初始位移值都设置为零，z方向顶部设置为自由边界。模型采用的是莫尔一库仑屈服准1工程地质概况则：以山东某煤矿某工作面为工程实例，采动区位于部分一(1一∞)_2cosO-(c，l+)sin0位于村庄下，因此，开采前需进行

5、开采沉陷预计。该工作式中、0"3——分别为最大、最小主应力；c、【，——分别面分为上、下两部分，上工作面走向长约400rrt，倾向长约为表土的粘结力和摩擦角。38．8rfi，地面标高48．5～49．0m，煤层埋藏深度一230～一250m，倾角7。，煤层平均厚1．41m；下工作面走向长约483iTI，倾向长约52．5m。煤层埋藏深一230～270m，倾角5。，煤层平均厚2．54m。工作面位于二叠系下统山西组，地层厚34．2O～98．60m，平均77．52m，主要由浅灰、灰白色中、细粒砂岩及灰黑色粉砂岩

6、、泥岩和煤层组成，砂岩含量较高。工作面位于一单斜构造中，断层影响可忽略不计。本次模拟分别用概率积分法和数值模拟方法对开基金项目：青黄跨海大桥动态变形监测信息处理与灾变预测研究，图1数值模拟计算模型图编号：ZR2009EM002(山东省自然科学基金)。收稿日期：2011—05—192．2计算结果作者简介：刘阳(1986一)，女(汉族)，山东德州人，山东科技三维模型建立后，计算初始的应力场。接着进行开挖大学测绘科学与工程学院在读硕士研究生，主要研究方向：工程测量与工业测量。计算，先开挖上层煤，模拟计算，

7、然后开挖下层煤，考虑56矿业工程第9卷第6期时间和空间效应修正参数，再次进行计算。计算结束后，基于FLAC后处理功能，输出上层煤开采后及上、下两层煤都开采后的应力场分布和位移分布。利用FLAC内嵌的FISH语言编制程序，并输出地表各节点位移信息，将数据导出，借助SURFER8．0软件分别绘制开采后的地表下沉和水平移动变形的等值线图、表面图和矢量分布图。图2～4是两层煤均采出后的地表下沉和水平移动的综合分析图。同时，可得到用FIAC预计的地表最大下沉值是826mm，地表水平移动最大值是228mm。表1

8、岩层力学参数图4数值模拟Y方向位移综合分析图工程地质密度EC抗拉强度类型／kg·m一1／MPa／z／MPa／MPa／。用FLAC预计的地表最大下沉值为826rnm，地表水土层22009．6570．3000．120．00221．2平移动最大值为228mm。预计结果略小于憾概率虹积蘸分法预计粉砂岩243210080．2722．682．12632．5值，但影响范围大于概率积分法的地表移动范围。数值模细砂岩2712116800．21714．044．24135．1拟计算得到的下