基于surpac的flac3d空区顶板冒落和岩层移动规律研究

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1、基于SURPAC的FLAC3D空区顶板冒落和岩层移动规律研究江西省安全生产科学技术研究中心江西国泰五洲爆破工程有限公司摘要：采用基于SURPAC的FLAC：”平台，演绎推论空区顶板冒落和岩层移动的时空规律,佐证了矿体的开采破坏了原岩应力的平衡，引发了空区围岩的岩体移动及应力转移。随着开采的深度及跨度的增加，其应力集中区域也不断扩大，最大主应力也将由压应力逐渐转为拉应力；四周的围岩也将向空区移动，造成顶板下沉，顶板鼓起，两帮围岩垮落的现象。关键词：SURPAC;FLAC3D;顶板冒落;岩层移动;安徽省庐江龙桥铁矿位于庐江县的龙桥村，为一隐伏的大型磁铁矿床，该矿体埋藏较浅、规模大、品位

2、高，具有较高的经济价值皿。矿体的开采不可避免造成空区的形成，如果空区处理不当，极有可能引发大而积的顶板冒落和岩层移动，从而对井下作业人员的安全及生产设备造成致命威胁和严重破坏。科学有效的研究矿山开釆引发的空区顶板岩移冒落规律，对实现矿山长期安全、高效、最大限度的冋收资源显得尤为重要。1基于SURPAC的FLAC模型建立基于现有的勘探资料，利用SURPAC建立矿体实体模型并转化为块体模型，建立块体模型的最小尺寸单元为10mX15mX12m,在块体模型中导出每个单元的质心坐标，并对数据进行转换，转换成FMC软件所能接受的数据，以此为基础向外发散，形成研究对彖的几何模型，该模型的三个坐标

3、范围依次为:垂直方向（Z轴）从-860m-100m;沿矿体走向（X轴）取0号勘探线向两侧扩展，全长3240m;矿体倾向方向（Y轴）以矿体为中心向上下盘扩展，全长2340m。计算模型有350352个初始单元，359457个初始节点。综合了E.oek法、M.Georg法、经验折减法、费森科法等方法选取了矿岩的力学参数，其值见下表1.1所示，结合矿山开采的实际情况，矿体开挖顺序见表1.2所示。表1.2矿体开挖顺序下载原表2垂直矿体走向3线回采效应显现规律研究2.1垂直矿体走向回采诱发的最大主应力变化分析随着各个分层的矿体按开采顺序不断的回采，原岩应力的平衡状态遭到了破坏，其围岩应力将逐步

4、向上下盘粗安岩、粉砂岩及其四周围岩转移，形成次生应力场,相比原岩应力场的最大值，乖直矿体走向3线剖面的最大主应力的时空演变分布存在一定的规律性：（1）矿体的开挖导致上、下盘围岩应力明显集中，其上盘粗安岩的最大主应力为-8.OOMpa至lJ-9.87Mpa之间，下盘粉砂岩的最大主应力为-5.OOMpa到-7.OOMpaZ间；（2）顶，底板的围岩由于开挖的影响存在明显的应力降低和应力释放区域，且顶板应力降低的区域要比底板应力释放的区域大，顶板的最大主应力为T到1.63Mpa之间，底板的最大主应力为T到IMpa之间；（3）对于远离空区的围岩，其最大主应力的值即接近于原岩应力场。2.2垂直

5、矿体走向回采诱发的Z方向位移变化分析随着各个分层的矿体按开采顺序不断的回采，由于原岩的平衡状态遭到了破坏，必将引发空区周围的岩体移动变形，其在3线Z最大垂直位移云图总体上表现出一定的规律性：（1）矿体的开挖破坏了原岩的平衡状态，发生了岩体移动，空区四周围岩都向空区方向移动，出现了顶板岩层下沉，底板围岩鼓起的状况，顶板在Z方向下沉的最大垂直位移为-2.Ocm到T1.7cm之间，底板在Z方向鼓起的最大垂直位移为2.0cm到&6cm,两帮圉岩移动的最大位移为-2.5cm到-2.5cm之间；（2）底板鼓起的变形区域明显也大于顶板下沉的变形区域，且在空区顶板及底板的中间位置变形最大，随着远离

6、空区，其岩体移动的位移乂趋于零。3结论本文采用基于SURPAC的FLAC模型，模拟龙桥铁矿矿体回采后空区诱发的顶板冒落规律及岩体移动的时空演变过程，其结果可以概括为如下：（1）矿体的开采破坏了原岩应力的平衡，引发了空区围岩的岩体移动及应力转移。空区顶板的最大主应力随着开釆的深度及跨度的增加，其应力集中区域也不断扩大，空区顶板的最大主应力也将由压应力逐渐转为拉应力。底板在一定程度上应力也得到了释放，随着围岩远离空区，其应力也将恢复到原岩应力状态；（2）矿体的开采导致了空区的形成，其四周的围岩将向空区放下移动，造成顶板下沉，顶板鼓起，两帮围岩垮落的现象，随着开采的深度及跨度的加剧，该现

7、象也将更加明显。参考文献[1]江文武，丁铭，张耀平，等•龙桥铁矿采空区顶板岩层移动及冒落规律研究[J]•矿业研究与开发，2011,31(03):17-19,39.[2]乔兰，王双红，蔡美峰.某地下矿岩层及地表移动规律的有限元模拟研究[J].金属矿山,2000(04):23-25.[3]张吉龙，童辉•夹沟矿不同跨度釆空区顶板的稳定性分析研究[J]•矿业研究与开发，2007,27(02):32-34.[4]张钦礼，朱永刚•采空区顶板事故分析与安全管理[J]•采矿技术，20