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《软岩矿层条带开采合理采留宽度的ansys三维流变模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、文章编号:1003-5923(2003)02-0110-03软岩矿层条带开采合理采留宽度的ANSYS三维流变模拟王忠昶,张文泉(山东科技大学资环学院,山东泰安271019)摘要:本文以洼东煤矿条带开采的地质采矿条件为依据,建立了岩体蠕变的粘弹性力学模型,确立了其蠕变参数,利用ANSYS的三维立体模型对同一工作面条带开采不同采留宽度条件下的地表下沉和力学效应进行了数值模拟,提出了软岩矿井建筑物下条带开采的合理采留宽度,为决策者进行采矿活动提供了科学的依据。关键词:粘弹性;条带开采;数值模拟;本构方程中图分类号:TD315.
2、3文献标识码:A条带开采法作为控制地表沉陷的一种有效采软,为典型的三软地层,采动地表移动比较剧烈。岩煤方法,已在解决我国“三下”压煤中被广泛应用,层流变效果明显。条带开采控制地表沉陷的目的是使采动引起的地洼东煤矿采煤方法为沿走向条带采煤法,全部表移动与变形不影响地面的建筑物的安全使用,实跨落法管理顶板。现这一目的的关键是条带开采合理采留宽度的确2条带开采下沉ANSYS模拟分析定。目前,用于进行地表沉陷预计的数值计算软件发展很快,著名的有FLAC、概率积分法、ANSYS、2.1岩体的本构模型和流变参数的选取ABAQUS等。
3、以往的开挖模拟通常把结构简化为采动地表下沉是一个动态过程,在应用数值方平面的方法,应用二维的平面应变模型。而三维数法进行模拟时,必须采用动态的数值计算模型,才值计算具有更客观性、准确性和形象性的优点是模能较为真实的反映岩层的下沉和采动附加应力的拟空间结构受力及变形的重要手段。ANSYS大型变化。动态的数值计算模型可由虎克体、牛顿体和有限元软件具有丰富而完备的单元库和强大的处圣维南体针对不同岩体的变形特征,通过串、并联理能力,能模拟岩层的准确位置和各种开挖条件,组合构成不同的动态力学模型。根据以往其他工作应用时步来对开挖后
4、上覆岩层的蠕变行为进行模面的岩移观测资料和对岩石进行不同应力条件下拟。因此,本文采用大型工程分析软件ANSYS的的蠕变试验曲线,如图1。蠕变方程来对洼东煤矿不同条带开采条件下的地分析图1得到如下规律:岩体对应瞬时载荷有表下沉和采动附加应力进行三维流变数值模拟。一弹性变形;变形随时间增长;在某一恒定应力下,应力随时间逐渐趋近于稳定极限值;变形趋近于稳1模拟工作面的地质采矿条件定极限值时与作用应力成非线性关系,根据以上岩龙口市洼东煤矿位于黄县煤田中部,井田地层石蠕变规律和该工作面的实际条件,结合中科院地走向近于东西向,地层产
5、状平缓。本次开采的工作质所的室内岩土(块)样的实测物理力学指标,本次[1]面相对的地面位置内村庄密集,工作面平均采深计算的粘弹性本构方程可用图2示的K-V组#274.14m,2煤厚0.6～2.22m,平均1.75m,煤合模型来表示。层顶板为泥岩,厚10m左右,直接底为泥岩夹薄E=E1+E2(1)煤层,平均0.6m左右,老底为泥质砂岩和中粗砂瞬时弹性应变为:岩,较稳定。煤层围岩自然性差,煤层顶底板质地松收稿日期:2002-09-11作者简介:王忠昶(1976-),男,山东烟台人,硕士研究生,现就读于山东科技大学资源与环境工
6、程学院安全技术及工程专业,研究方向矿井灾害预测与防治。·110·2003.№2矿山压力与顶板管理影响,原岩应力为大地静应力场,各岩层为整合接触的连续介质。为了消除边界约束的影响,计算模型几何尺寸沿走向(z)取400m,深度方向(y)取300m,倾斜方向(x)取400m,足以模拟地表变形情况。各岩层均按实际钻探揭露的岩土层布置,地面为自由边界,模型走向、倾向边界均施加水平约束,底边界施加水平及垂直约束。岩层的温度取该地区年平均气温20℃。图1岩石试件蠕变方程(2)由于要考虑开采前后地表变形情况和采动附加应力的变化,因此开采
7、过程采用一次性换填材料式开挖来模拟采空区冒落矸石。(3)各岩(土)层计算参数根据中科院地质所的室内岩土(块)样的实测物理力学指标取得,由于岩(土)体的强度指标值一般小于实验所得的岩图2开尔文-伏尔特模型(土)块强度指标值,所以应乘以小于1的折减系ER(2)数,详见表3。2=E2开尔文体应变为:表3各岩层物理力学计算参数RG1dE1厚度弹性泊松比密度单轴抗单轴抗E1=-(3)岩层模量压强度拉强度EömLCökg·m-31E1dtEöGPaRCöMPaRtöMPa由式(1)、(2)、(3)可得在三维状态下,K-V表土层63.
8、071.40.27200014.75.21模型的本构方程为:钙质泥岩137.592.470.27220012.44.04泥灰岩4.730.90.27200013.54.13E2+E1G1dEG1dRE(t)=R-+(4)碳质泥岩11.121.40.271.8812.45E2E1E2dtE2E1dt泥灰岩9.272.5
