﻿ 基于FLAC3D多节理模型的顶底板采动变形破坏特征研究

# 基于FLAC3D多节理模型的顶底板采动变形破坏特征研究Study on Deformation and Failure Characteristics of Roof and Floor Mining Based on FLAC3D Model Ubiquitous

Abstract: In the deep coal seam mining, the mining face of roof and floor strata sedimentary structure affect the strength of the roof and floor, roof and floor when bedding plane development, are more likely to happen damage deformation, causing working face roof and floor of floor heave of caving accidents, serious threat to the mine staff safety of life and destruction of mining equipment of working face. In this paper, Model ubiquitous and Model mohr of FLAC3D numerical simulation are used to compare and analyze the failure and deformation of the working face floor during the bedding development, and the following results are obtained: The structural strength of the roof and floor of the coal mining face is lower than that of the area where the bedding structure is developed. The top and bottom plates are more prone to failure and deformation. When exploiting coal resources in the area with bedding structure development, attention should be paid to strengthening the prevention of water damage to roof and floor and the support of goaf.

1. 引言

2. 数值模型

2.1. 模型参数

Table 1. Multi-joint model parameters

2.2. 数值模型及工作面布置

Figure 1. Numerical model and meshing

3. 模拟结果分析

3.1. 破坏特征分析

Figure 2. Distribution of plastic zone in XZ section of multi-joint model

Figure 3. Distribution of plastic zone in the XZ section of Coulomb's model

3.2. 位移特征分析

Figure 4. Vertical displacement of XZ section of multi-joint model

Table 2. Multi-joint model gradually excavates the maximum vertical displacement of roof and floor

Table 3. The maximum vertical displacement of the roof and floor of the Coulomb Moore Model

Figure 5. Vertical displacement of XZ section of Coulomb's model

Figure 6. Comparison curve of maximum relative displacement

4. 结论

1) 在多节理模型中，破坏类型主要为张拉破坏和剪切破坏，张拉破坏区域主要分布在顶底板中部区域，剪切破坏主要分布在工作面顶底板的两侧。并且随着开采进度顶底板塑性破坏区分布范围逐渐扩大，工作面顶底板破坏深度逐渐向顶底板围岩延伸，最后一步开挖达到最大破坏深度30 m，破坏区垂向分布范围40~60 m。并且先采区域顶底板破坏垂向分布范围较后采区域要广。

2) 在库仑摩尔模型中，随着工作面开采进尺，顶底板的塑性区分布纵向延伸范围较多节理模型的破坏范围要小，垂向破坏分布范围在20 m左右，并且破坏类型以顶底板的张拉破坏为主，仅在第三步开挖时在底板右侧出现剪切破坏。并且先采区与后采区的纵深破坏范围分布受开挖进尺影响较小。

3) 通过对两种模型顶底板的相对垂向位移量分析，可知层理构造发育地区开采扰动导致的顶底板变形量较层理不发育地区的变形量要大，由此可知层理构造会降低顶底板地层的强度，进而导致顶底板更容易发生变形。

[1] 蓝航, 姚建国, 张华兴, 徐乃忠. 基于FLAC3D的节理岩体采动损伤本构模型的开发及应用[J]. 岩石力学与工程学报, 2018, 27(3): 572-579.

[2] 黄书岭, 丁秀丽, 邬爱清, 卢波, 张宜虎. 层状岩体多节理本构模型与试验验证[J]. 岩石力学与工程学报, 2012(8): 1627-1635.

[3] 胡亚元, 王超. 多节理岩体的非线性耦合损伤本构模型[J]. 煤炭学报, 2019, 44(S1): 52-60.

[4] 周杨. 大采高超长工作面底板破坏深度数值模拟分析[J]. 煤矿安全, 2019, 50(6): 245-249.

[5] 程浩, 杨本水. 基于FLAC3D五沟煤矿1031工作面采动覆岩变形破坏特征研究[J]. 皖西学院学报, 2018, 34(2): 134-140.

[6] 年宾. 钱营孜矿32煤层开采顶底板变形破坏的数值模拟分析[J]. 矿山工程, 2019, 7(2): 171-176.

[7] 王连国, 毕善军, 宋扬. 底板变形破坏规律的数值模拟研究[J]. 矿山压力与顶板管理, 2004(4): 35-37.

[8] 陈敏. 厚松散薄基岩煤层密实充填开采的覆岩移动破坏变形规律研究[D]: [硕士学位论文]. 淮南: 安徽理工大学, 2016.

[9] 高召宁, 孟祥瑞. 采动条件下煤层底板变形破坏特征研究[J]. 矿业安全与环保, 2010, 37(3): 17-20, 24.

[10] 朱术云, 鞠远江, 赵振中, 刘德乾. 三软煤层综放回采巷道底板变形破坏实测[J]. 煤炭科学技术, 2008(10): 10-13.

[11] 陈卫, 余芳芳, 魏中举, 刘富奎. 基于相似模拟试验的采煤工作面过断层研究[J]. 煤, 2016, 25(9): 5-6, 29.

[12] 关英斌, 李海梅, 范志平. 煤层底板破坏规律的相似材料模拟[J]. 煤矿安全, 2008(2): 67-69.

[13] 谭峰, 胡才梦, 魏中举, 刘富奎. 工作面支承压力变化规律相似模拟试验研究[J]. 山东工业技术, 2016(18): 209.

Top