基于XFEM的煤矿巷道顶板裂隙扩展特征研究_中国煤炭行业知识服务平台

基于XFEM的煤矿巷道顶板裂隙扩展特征研究

作者

王超杨盼盼南童昕郭玉龙
单位

内蒙古科技大学矿业与煤炭学院西安科技大学能源学院
摘要

针对巷道顶板裂隙扩展难预测的问题，采用数值模拟与试验相结合的方法，应用扩展有限元（XFEM）计算裂隙扩展路径，重点分析在外部荷载的作用下，不同裂隙深度和倾角下巷道顶板的裂隙扩展过程、裂尖应力变化以及能量耗散规律。结果表明：裂隙深度的变化对裂隙的扩展与贯通具有一定的导向作用；随着裂隙深度的增加，顶板破坏所消耗的能量会减少，裂隙的起裂时间也会发生滞后；基于XFEM的数值模拟与试验中的裂隙扩展路径基本吻合，同时验证了XFEM能够有效应用于煤矿巷道顶板的扩展模拟，从而为巷道顶板稳定性控制与预防裂隙扩展提供理论依据。
关键词

XFEM 巷道顶板裂隙扩展数值模型裂隙深度
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金项目（51964037）；
文章目录

0 引言
1 裂隙扩展模拟方法
2 巷道顶板模型及方案
2.1 数值模型的建立
2.2 模拟方案
3 巷道顶板裂隙扩展数值模拟
4 裂隙深度对裂隙扩展过程的影响分析
4.1 裂隙扩展路径分析
4.2 初始裂隙尖端应力分析
4.3 基于不同裂隙深度下的能量耗散规律分析
5 结语