基于梁模型的正断层应力分析与ANSYS数值仿真.pdf

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1、维普资讯http://www.cqvip.comSeriesNo．383金属矿山总第383期Mav2008METALMINE2008年第5期基亏梁模型的正断层应力分析与ANSYS数值仿真水徐小丽季明高峰廖孟科高桠楠(1．中国矿业大学；2、石河子大学)摘要煤层开采经常遇到断层，依据梁模型就煤岩正断层处进行应力分析和ANSYS数值模拟，认为断层处应力值仅与断层处的载荷集度及断层倾角有关，ANSYS数值分析结果与粱模型理论分析基本一致，可为顶板破断支护提供参考。关键词梁模型断层初次破断周期破断ANSY

2、SAnalysisofNormalFaultStressandANSYSNumericaiSimulationBasedonBcamModeiJiMingGaoFengLiaoMengkeGaoYanan(1．ChinaUniversityofMiningandTechnology；2ShiheziUniversity)AbstractCoalminingcanoftenencounterwithfaults．Basedonbeammodel，stressanalysisandANSYSnume

3、ricalsimulationaremadeforthenormalfaultofcoalrockstratum．Thefaultstressvalueisconsideredtohaverelationwiththeloadconcentrationandinclinationangleofthefault．TheANSYSnumericalanalysishasdrawaconclusionthatisbasicallyinconformitywiththatbythetheoretical

4、analysisofbeammodel，andtherefore，canbeusedasreferenceforthesuppo~ofbrokenroof．KeywordsBeammodel，Fault，Primarybreaking，Periodicalbreaking，ANSYS在煤矿开采过程中煤巷掘进时经常会遇到断式中，为梁抗弯截面系数；为梁的高度。层，多的时候一个工作面开采会经过几条甚至几十若岩石的极限破坏强度为，当=时有条断层]。当综采面过断层时，断层使煤层的连初次破断距续性受到破坏。

5、采掘空间顶板破碎，煤壁松软，矿山O"b压力显现严重，给煤巷掘进施工带来很大影响，管理，(3)⋯不当易造成冒顶、片邦，所以煤岩断层处的力学分析周期破断时可以简化为一个悬臂梁模型，严格对采煤过断层显得尤有意义]。来说应该是一个悬臂基础梁，在梁的端处(即煤壁1工作面过断层的力学模型与分析处)出现最大弯矩1．1无断层情况下顶板破断力学分析肘⋯=．(4)顶板在无断层的情况下，可以简化为一个两端同理可以得到周期破断距固定的梁，上部岩体作用上面的载荷可以看作是均布载荷。初次破断总是发生在梁的中部，由材料力=(

6、5)学可知最大弯矩1．2正向断层影响下的顶板力学模型M=q2，(1)正向断层影响下的顶板力学模型可简化为图式中，M()为最大弯矩；q为梁上方的均部荷载；21，其中P，P为载荷集度，F为断层处合力效应，a为梁模型跨距。最大应力973国家重点基础研究发展规划项目(编号：2002CB412705，122002CB412707)；国家创新群体项目(编号：50221402)；国家自然科学基金项目(编号：50579042)。O'max=：：．’徐小丽(198l一)，女，中国矿业大学理学院，博士研究生，221

7、008江6苏省徐州市。维普资讯http://www.cqvip.com徐小丽等：基于梁模型的正断层应力分析与ANSYS数值仿真2008年第5期为对梁有作用力的煤壁长度，下面计算中表示计3P1126Fl，算点处距离梁左端得距离，M()，()分别表示一+一3处的弯矩和应力的值。1．2．2周期破断模型可以简化如图2。¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨R一x—』l1}I山}I{I●I●●1．．-．1．1一la●●●●l1．2．1初次破断‘当0≤≤1一a时，图2正向断层顶板周期破断力学模型M()=F(z—)+P1(z设

8、回转平衡距离l，对支座处取距：—)一P。(z—一号)，Fll+P孚+(。+号)=。，(14)(6)可以得到：+一掣、陌一P．．’(、1～5)／(7)用z代替表达式中的z即可得到周期破断距表达若岩石的极限破坏强度为，则最大弯矩式。M：‘‘1．2．3断层处力学分析模型可以简化如图3。令M=』l⋯=，可以得到初次破断距=(P2。一F—z)±．(8)当l～a<≤l时，图3正向断层处力学模型M()：F(z—)+P1。=三一P二三．．若表示断层处到左端固定端的距离，0为断层倾角的余角，为到倾角最右端的距离，