淺埋煤層過空巷覆巖運移規(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^空巷工況覆巖運移規(guī)律，提出了兩種工況下基本頂初次斷裂的預測指標，優(yōu)選出了正常回采工況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識如下：
　　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、試驗能夠真實模擬實驗室?guī)r石力學試驗，可以用于宏細觀參數(shù)標定。
　　2.對于模型尺寸為100mm×50mm的最佳塊體邊長為4mm，對其他尺寸模型，最佳塊體邊長僅需按相同比例縮放即可。
　　3.模型宏細觀參數(shù)存在明確的相關(guān)關(guān)系，參數(shù)標定時，應根據(jù)宏觀泊松比v和宏觀彈性模量E對法向剛度kn和剛度比ks/kn進行校準，根據(jù)宏觀內(nèi)聚力C和宏觀內(nèi)摩擦角φ對細觀內(nèi)聚力Ccon和細觀內(nèi)摩擦角φcon進行校準，根據(jù)宏觀抗拉強度T對細觀抗拉強度

3、Tcon進行校準。
　　4.塊體形狀主要影響模型的抗剪特性，由于隨機多邊形塊體的嚙合作用，模型破壞面更加粗糙，大大增強了模型的抗剪能力。塊體形狀對模型抗拉、抗壓力學特性影響不大，兩類模型抗壓、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)生尖端應力過度集中，不能進一步模擬巖體垮落、壓實的現(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)律及殘采工作面過空巷老頂破斷規(guī)律。
　　6.運用Hoek-Brown強度準則和經(jīng)驗關(guān)系式可以對大柳塔礦1203工作面煤系地層力學參數(shù)進行了巖石-巖體力學參數(shù)轉(zhuǎn)換。
　　7.正?；夭晒r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.針對正?；夭晒r下老頂初次斷裂的預測，提出巖石壓力拱垮落高度、老頂兩端對稱位置豎直裂隙長度、壓力拱拱頂中部應力集中區(qū)厚度三個特征指標。
　　9.針對正?；夭晒r下老頂極限跨距的計算，通過梁式和拱式理論解與模擬結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，拱式計算法更適用于該工況下老頂極限跨距的計算。
　　10.針對過空巷工況下老頂初次斷裂的預測，提出煤柱應力集中區(qū)寬度、巖石壓力拱垮落高度、老頂兩端對稱位置豎直裂隙長度、壓力拱拱頂中部應