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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
考虑围岩应变软化及采空区接触的深部煤层底板破坏分析
  • 作者

    尹尚先孟浩鹏钱双彬

  • 单位

    华北科技学院安全工程学院华北科技学院理学院

  • 摘要

    为研究深部煤层开采底板破坏形态,提出考虑围岩应变软化和采空区接触的FLAC3D有限差分数值方法,以河北开平煤田林西矿2023工作面底板实测导水裂隙带为工程背景,结合朗肯土压力理论定性分析,研究深部煤层底板破坏特征。结果表明:采用应变软化本构关系代替常用摩尔–库伦本构关系能够对围岩塑性破坏后的力学状态更准确表述;采用“应变软化–空–弹性”模型转变的方法,达到模拟采空区顶板垮落后应力传递的效果,弥补了以往煤层开采模拟中采空区垮落后顶底板不接触的固有缺陷;通过采空区顶底板接触与否条件下应力、位移的对比,发现采空区是否接触对数值结果影响巨大,突出考虑采空区接触的必要性;根据模拟结果中塑性剪切应变率的变化,实现了底板滑移面的三维显示,形态为斜向采空区的半包围面状结构;结合朗肯土压力理论将底板塑性区与主动区、过渡区和被动区对应,3个区破坏形式分别为剪切破坏、剪切破坏、拉张与剪切的交互破坏。提出的考虑围岩应变软化及采空区接触的FLAC3D数值方法对煤层开采模拟实现了优化,并可为其他大变形后需考虑接触的工程模拟提供参考。

  • 关键词

    深部煤层底板破坏采空区接触朗肯土压力数值模拟应变软化河北开平煤田

  • 基金项目(Foundation)
    国家自然科学基金项目(51774136,51974126);河北省自然科学基金重点项目(D2017508099);
  • 文章目录

    1 工程背景及底板破坏深度实测
    1.1 矿区概况
    1.2 工作面概况
    1.3 底板破坏深度实测
    2 底板破坏力学分析
    3 数值模拟论证
    3.1 本构模型的选择
    3.2 模拟过程
    3.2.1 初始模型建立
    3.2.2 考虑采空区接触的方法
    3.3 模拟结果及分析
    1)底板塑性区分析
    2)塑性剪切区分析
    4 结论

  • 引用格式
    尹尚先,孟浩鹏,钱双彬.考虑围岩应变软化及采空区接触的深部煤层底板破坏分析[J].煤田地质与勘探,2022,50(05):95-102.
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