淺埋煤層過(guò)空巷覆巖運(yùn)移規(guī)律的離散元數(shù)值模擬.pdf

1、本論文以神府煤田大柳塔煤礦1203工作面的地質(zhì)情況為基礎(chǔ)，首先UDEC-Voronoi建模法的可行性分析，而后通過(guò)理論分析、UDEC-Voronoi數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究了淺埋煤層大采高工作面正?；夭珊瓦^(guò)空巷工況覆巖運(yùn)移規(guī)律，提出了兩種工況下基本頂初次斷裂的預(yù)測(cè)指標(biāo)，優(yōu)選出了正?；夭晒r下基本頂極限跨距的理論公式。本文主要研究工作與獲得的有益認(rèn)識(shí)如下：
　　1.基于Voronoi-BPM模型建立的巖石單軸壓縮、單軸拉伸和直剪數(shù)值

2、試驗(yàn)?zāi)軌蛘鎸?shí)模擬實(shí)驗(yàn)室?guī)r石力學(xué)試驗(yàn)，可以用于宏細(xì)觀(guān)參數(shù)標(biāo)定。
　　2.對(duì)于模型尺寸為100mm×50mm的最佳塊體邊長(zhǎng)為4mm，對(duì)其他尺寸模型，最佳塊體邊長(zhǎng)僅需按相同比例縮放即可。
　　3.模型宏細(xì)觀(guān)參數(shù)存在明確的相關(guān)關(guān)系，參數(shù)標(biāo)定時(shí)，應(yīng)根據(jù)宏觀(guān)泊松比v和宏觀(guān)彈性模量E對(duì)法向剛度kn和剛度比ks/kn進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)宏觀(guān)內(nèi)聚力C和宏觀(guān)內(nèi)摩擦角φ對(duì)細(xì)觀(guān)內(nèi)聚力Ccon和細(xì)觀(guān)內(nèi)摩擦角φcon進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)宏觀(guān)抗拉強(qiáng)度T對(duì)細(xì)觀(guān)抗拉強(qiáng)度

3、Tcon進(jìn)行校準(zhǔn)。
　　4.塊體形狀主要影響模型的抗剪特性，由于隨機(jī)多邊形塊體的嚙合作用，模型破壞面更加粗糙，大大增強(qiáng)了模型的抗剪能力。塊體形狀對(duì)模型抗拉、抗壓力學(xué)特性影響不大，兩類(lèi)模型抗壓、抗拉能力和破壞形式相似。
　　5.Voronoi-BPM和Trigon-BPM模型都能夠真實(shí)模擬巖體裂隙萌生發(fā)育的現(xiàn)象，但是Trigon-BPM模型由于容易產(chǎn)生尖端應(yīng)力過(guò)度集中，不能進(jìn)一步模擬巖體垮落、壓實(shí)的現(xiàn)象。因此 Voronoi-

4、BPM模型更適用于模擬研究殘采區(qū)殘采區(qū)空巷圍巖賦存規(guī)律及殘采工作面過(guò)空巷老頂破斷規(guī)律。
　　6.運(yùn)用Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式可以對(duì)大柳塔礦1203工作面煤系地層力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了巖石-巖體力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換。
　　7.正常回采工況下覆巖結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)巖石壓力拱-懸臂梁式演化規(guī)律，承載結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)拱-拱梁-梁式演化規(guī)律；過(guò)空巷工況下覆巖結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)巖石壓力拱-雙巖石壓力拱-懸臂梁式演化規(guī)律，承載結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)壓力拱-雙壓力拱-拱梁-梁式演化

5、規(guī)律。
　　8.針對(duì)正?；夭晒r下老頂初次斷裂的預(yù)測(cè)，提出巖石壓力拱垮落高度、老頂兩端對(duì)稱(chēng)位置豎直裂隙長(zhǎng)度、壓力拱拱頂中部應(yīng)力集中區(qū)厚度三個(gè)特征指標(biāo)。
　　9.針對(duì)正?；夭晒r下老頂極限跨距的計(jì)算，通過(guò)梁式和拱式理論解與模擬結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，拱式計(jì)算法更適用于該工況下老頂極限跨距的計(jì)算。
　　10.針對(duì)過(guò)空巷工況下老頂初次斷裂的預(yù)測(cè)，提出煤柱應(yīng)力集中區(qū)寬度、巖石壓力拱垮落高度、老頂兩端對(duì)稱(chēng)位置豎直裂隙長(zhǎng)度、壓力拱拱頂中部應(yīng)