浅埋煤层过空巷覆岩运移规律的离散元数值模拟

发布时间：2017-12-16 16:36

  本文关键词：浅埋煤层过空巷覆岩运移规律的离散元数值模拟

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【摘要】：本论文以神府煤田大柳塔煤矿1203工作面的地质情况为基础,首先UDEC-Voronoi建模法的可行性分析,而后通过理论分析、UDEC-Voronoi数值模拟相结合的方法研究了浅埋煤层大采高工作面正常回采和过空巷工况覆岩运移规律,提出了两种工况下基本顶初次断裂的预测指标,优选出了正常回采工况下基本顶极限跨距的理论公式。本文主要研究工作与获得的有益认识如下:1.基于Voronoi-BPM模型建立的岩石单轴压缩、单轴拉伸和直剪数值试验能够真实模拟实验室岩石力学试验,可以用于宏细观参数标定。2.对于模型尺寸为100mm×50mm的最佳块体边长为4mm,对其他尺寸模型,最佳块体边长仅需按相同比例缩放即可。3.模型宏细观参数存在明确的相关关系,参数标定时,应根据宏观泊松比v和宏观弹性模量E对法向刚度kn和刚度比ks/kn进行校准,根据宏观内聚力C和宏观内摩擦角φ对细观内聚力Ccon和细观内摩擦角φcon进行校准,根据宏观抗拉强度T对细观抗拉强度Tcon进行校准。4.块体形状主要影响模型的抗剪特性,由于随机多边形块体的啮合作用,模型破坏面更加粗糙,大大增强了模型的抗剪能力。块体形状对模型抗拉、抗压力学特性影响不大,两类模型抗压、抗拉能力和破坏形式相似。5.Voronoi-BPM和Trigon-BPM模型都能够真实模拟岩体裂隙萌生发育的现象,但是Trigon-BPM模型由于容易产生尖端应力过度集中,不能进一步模拟岩体垮落、压实的现象。因此Voronoi-BPM模型更适用于模拟研究残采区残采区空巷围岩赋存规律及残采工作面过空巷老顶破断规律。6.运用Hoek-Brown强度准则和经验关系式可以对大柳塔矿1203工作面煤系地层力学参数进行了岩石-岩体力学参数转换。7.正常回采工况下覆岩结构呈现岩石压力拱-悬臂梁式演化规律,承载结构呈现拱-拱梁-梁式演化规律;过空巷工况下覆岩结构呈现岩石压力拱-双岩石压力拱-悬臂梁式演化规律,承载结构呈现压力拱-双压力拱-拱梁-梁式演化规律。8.针对正常回采工况下老顶初次断裂的预测,提出岩石压力拱垮落高度、老顶两端对称位置竖直裂隙长度、压力拱拱顶中部应力集中区厚度三个特征指标。9.针对正常回采工况下老顶极限跨距的计算,通过梁式和拱式理论解与模拟结果对比发现,拱式计算法更适用于该工况下老顶极限跨距的计算。10.针对过空巷工况下老顶初次断裂的预测,提出煤柱应力集中区宽度、岩石压力拱垮落高度、老顶两端对称位置竖直裂隙长度、压力拱拱顶中部应力集中区厚度四个特征指标。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD325

【参考文献】

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本文编号：1296733