基于ANSYS﹢WORKBENCH的底板破坏深度预测.pdf

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1、2Q12生篁2塑(望箜2Q!塑)江酉建盐旌王撞苤基于ANSYSWORKBENCH的底板破坏深度预测■宋文军黼山东科技大学矿业与安全工程学院，山东青岛266590摘要：对于煤炭开采而言，底板破坏深度研究至关重要，尤其是对于承压水上开采，底板破坏深度研究更为重要。如今对底板破坏深度的研究主要是利用理论分析及经验公式等，但是上述两种方法都对于底板破坏影响因素的考虑比较单一，也有很多的不足之处，对于在真正的生产当中的底板破坏深度的研究不能提供很好的依据。本文通过利用ANSYSWORK—BENCH数值模拟，得出

2、该数值模拟是否能对今后的煤矿生产具有一定的实际指导意义和良好的预测效果。关键词：底板破坏数值模拟ANSYSWORKBENCH预测结果结果分析1概述煤层底板破坏深度的影响因素较多，底板破坏过程由丁还会有噪音以及温度变化等其他因素，在实际现场对于底板的破坏深度影响不大，所以不加以考虑。根据现有的专家学者研究，影响底板破坏深度的主要原因有一下六个方面：(1)开采深度，随着开采深度的增大，上覆岩层的重量也逐渐增大，煤层底板的原岩应力也同时增加，那么底板的破坏深度也就会变大；(2)煤层倾角，根据现代专家学者的研

3、究，煤层倾角的变坏对于应力的集中程度和集巾区域都会有所变化，煤层的倾角越大，地板的破坏深度越大；(3)开采厚度，煤层的开采厚度在相同的开采条件下，煤层的开采厚度越大矿山压力也就越大，从而对于底板的破坏深度也会有所影响；(4)工作面斜长，随着工作面长度的增加，煤层底板的破坏深度逐渐加大；(5)煤层底板的抗破坏能力，煤层底板岩性的不同，破坏深度的不同也逐渐凸现出来；(6)工作面内是否有断层或者断裂带穿过，如若有断层或者断裂带穿过工作面，底板破坏深度最大的地方在断层或者断裂带附近。根据现代专家学者的研究，可

4、以看出上述六个因素是影响煤层底板破坏深度的主要原因。2数值模拟运用ANSYSWorkbench中的DesignModeler平台对模型进行构画，初步设定模型尺寸是100mm×50mm×50mm。在DesignModeler平台当中，运用Geometry对画图，首先选定计量单位为Millimeter，选定在XY坐标系中，并且以画图者的视角作为第一视角，利用多段线指令进行绘图操作，所作出的平面图形的尺寸是100mm×50mm，同时进行拉伸操作，单击Extrude，选定拉伸的长度是50mm，其余全部选择默认

5、。数值模拟中离散误差与网格粗细有关，网格越粗误差越大，反之误差越小。但网格越细占用计算机资源越多，计算时间就越长，因而网格不可能分得太细。所以网格划分应根据模型区域中物理量场的变化情形而定，在变化剧烈处网格应稠密一些，在变化平缓处网格应稀疏一些。所以设定模型的网格大小为5ram×5mm。同时网格还分为结构化网格和非结构化网格。结构化网格适用于简单规则的几何体边界，其优点是网格数易于控制，从而模拟计算量可以大大减少。但对不规则几何体边界的网格划分比较困难，网格适应性差。而非结构化网格对不规则几何体边界的

6、适应性强，但网格生成的工作量大，离散方程的求解速度较慢，计算可靠性也相对较差。随着网格技术的发展，非结构网格的算法逐渐完善，计算精度有所提高，已经成为未来计算网格结构发展的主要方向。选定StaticStructural，并且在En西neefingData选项中设置材料属性。对于底板可以将其物理力学参数设置为，密度2270Kg／m3，弹性模量(杨氏模量)588MPa，泊松比0．31。在模型上部施加1200MPa的力，在正面施加480MPa的力，在侧面施加960MPa的力，将底部作为固定端。模型的变化方向

7、为力的施加方向。主要分析研究计算结果中的：StrainEnergy、TotalDeformation、DirectionalDeformation以及MzxiumShearStress。根据计算结果分析，StrainEnergy，岩石自顶端至底端四分之三区域内基本能量较低；TotalDeformation，岩石自顶端至底端接近一半区域基本变形较大；DirectionalDeformation，岩石自顶端至底端变形量逐渐扩大，底端的变形量最大；MaxiumShearStress，岩石自顶端至底端变化较小

8、，换言之只有底部很小的区域有变形。所以从一定程度上来看，底板在破坏过程中，尤其是软岩性质的底板在破坏过程主要是以方形性变形的形式来进行破坏的，导致整体变形量增大，如果应力施加过程中应力载荷分布不均匀，就会造成在岩体在破坏过程中积聚能量，如若在此区域内进行采掘必然会给予能量一个释放的卒间，岩石的需要以变形的形式来释放这部分能量，岩石就会具有临空扩容的作用，所以轻则会出现底鼓等问题，重则会出现冲击地压等问题。3结论底板破坏从本质上讲是底板岩体在上覆岩层运动的