基于UDEC的断层对岩层和地表移动规律的数值模拟与分析-论文.pdf

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1、基于UDEC的断层对岩层和地表移动规律的数值模拟与分析陈钢赵飞(1．北京天地华泰采矿工程技术有限公司，北京100013；2．鄂尔多斯市天地华泰采矿工程技术有限公司，内蒙古鄂尔多斯017000)摘要：在断层等复杂地质条件下，地表移动和变形的分布规律将受到影响，表现出特殊的规律性，通过UDEC数值模拟软件，利用离散元方法，根据断层面倾角和工作面基岩移动角之间的相对关系，研究了不同情况断层模型地下开采后岩层及地表的移动变形规律，并结合小屯矿开采中出现的断层实例进行了分析。关键词：断层；地表移动；台阶；数值模拟Abstract：Onfaultsandsomecomplexgeol

2、ogicalconditions，thedistributionofsurfacemovementanddeformationwillbeaffected，show—ingaspecialregularity．ThroughUDECnumericalsimulation，usingdiscreteelementmethodtostudytherockformationsandthesurfacemove-mentanddeformationofdiferentfaultmodelinundergroundmining，accordingtotherelativerelat

3、ionshipbetweentheinclinationoffauhandthedisplacementangleofbedrock，andcombinedwiththefaultinstanceofXiaotunminetoanalysis．Utilizingthelawoftheimpactofgroundcausedbyfault，therewillbeguidingsignificancetothereasonablelayoutofbuildingsonthesurface．Keywords：fault；surfacemoveme~；step；numericMs

4、imulation．中图分类号：F403．7；TD325．1文献标志码：A文章编号：1008—0155(2014)09—0183—02在地质条件复杂(如遇到断层、褶曲、山区条件下文研究的问题，UDEC4．0是较为理想的离散元数值模开采等)的情况下，地下开采将影响到地表移动和变形拟软件。的正常分布规律，本文主要结合UDEC数值模拟软件2模拟方案及模型的建立对断层岩移及地表移动和变形进行模拟研究。首先建立无断层基本模型，见图1。计算模型几何构造运动产生的地应力超过地壳岩石的强度极限尺寸沿倾向取600m，采高取4m，煤层距地表200m，为时，岩石便发生断裂，断裂后的岩块(或岩层

5、)沿破裂面消除边界影响，左右两侧各留50m煤柱，连续开采发生明显相对位移，产生的这种断裂构造称为断层，它300m，模型最终模拟尺寸长700m，高224m，工作面基对矿产的开采及其水文地质、工程地质条件均有影响。岩移动角约为64。。在垂直断层走向的剖面上，根据断在煤矿地质工作中，对断层的观测研究是一项极为重层面倾角和工作面基岩移动角之间的相对关系分情况要的工作内容，若所采煤层的上覆岩层中存在断层将建立断层模型：①断层Fl倾角45。，断层面倾向和基岩引起断盘沿断层面发生相对移动，给工作面安全生产移动角倾向一致，断层倾角小于基岩移动角；②断层F2造成了巨大隐患。当断层倾角>20

6、。，断层落差>10m倾角75。，断层面倾向与基岩移动角倾向一致，断层倾时，断层对开采沉陷程度影响显著，主要表现在两方角大于基岩移动角；③断层F3倾角75。，断层面倾向与面：①断层露头处地表产生台阶状裂缝；②沉陷的影响基岩移动角相反。以上模型断层落差均为50m，且各范围发生改变。下面将通过UDEC离散元数值计算工模型的侧边固定水平位移，底边固定垂直位移，上边界具对不同情况下断层对岩层和地表移动规律进行数值为自由面。模型的煤岩层的物理力学参数见表l，断层模拟分析。力学参数见表2。1UDEC4．0软件介绍表1煤岩层物理力学计算参数及厚度UDEC是一个处理不连续介质的二维离散元程

7、序，体积剪切内摩内聚抗拉密度岩石名称梗器梗量擦角力强度庳度，_用于模拟非连续介质承受静载或动载作用下的响应。

8、、在UDEC中，为完整块体和不连续面开发了几种材料，，g呈s，(．)，$，衷土l800002O．009240l250．220特性模型，用来模拟不连续地质界面可能显现的典型砂质页岩2630l84132301．5l80特性。细砂岩26602．22188302l280UDEC已在采矿工程中开始应用，该软件可用于评—中砂岩26102l91．T8322．6I．416价地下采动过程中节理、断层等对岩体破坏的影响程粗砂岩25602l