数值模拟断层对导水裂隙带发育特征影响研究.pdf

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1、2012年第2期能源技术与管理19doi：10．39696．issn．1672—9943．2012．02．007数值模拟断层对导水裂隙带发育特征影响研究路彬1，葛金福1，赵连涛(1．内蒙古裕兴矿业有限公司，内蒙古鄂尔多斯，016064；2．兖州煤业公司兴隆庄煤矿，山东兖州272102)[摘要]采用数值模拟方法建立了二维模型分别对有无断层和不同倾角断层对导水裂隙带高度发育的影响进行模拟分析，同时结合岩体力学和弹塑性力学知识，对导水裂隙带的发育规律和特征进行了理论分析，得出了在无断层的条件下，煤层开采后的导水裂隙带分布呈对称的两头高

2、中间低的“马鞍型”，有断层条件下对导水裂隙带高度的发育影响，不论倾角大小，均是使裂隙带高度增加，断层为小倾角逆断层时，导水裂隙带形态较无断层时有较大差别的主要结论。[关键词]导水裂隙带；数值模拟；断层[中图分类号]TD163[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2012)02—0019一O3走向长度400m，岩层高度为200m，其中煤层底0引言板岩层30m，煤层9．0m、顶板岩层161m。因煤层随着煤矿开采逐步向深部进行，很多浅部开倾角较小，为近水平煤层，模拟时按水平煤层进行采没有出现的高水压、构造发育等对导水裂隙带模

3、拟。共划分了6374个单元，模拟计算模型如图的影响日益明显。《“三下”规程》中的导水裂隙带1所示。高度的预测公式不再完全适用，进而有必要对其进行新的探讨和研究，获得在新型采煤方法条件下导水裂隙带的发育规律及导水裂隙带高度的预测公式]。尤其是深部开采涉及到的断层条件下导水裂隙带发育规律的研究还是较少，其意义较大，有必要对其进行深入研究。1数值模型的建立及计算结果分析图1模拟计算模型1．1模拟方案(3)约束条件。对模拟计算剖面模型，在侧边根据研究目的，拟建立模型如下：对初始模型界施加水平约束；底部边界施加水平和垂直约束。进行模拟计算

4、，作为原始数据，其它模拟结果与其模型的上边界加载大小为上覆岩层自重应力，剖进行比较；在初始模型的基础上，增加一个逆断面上边界埋深456m，其中土层厚度103．5m，土层，走向断面上的倾角为30。，开采方向为下盘到层和岩层的重量密度分别取0．02MN／m、0．025MN／m，上盘，进行模拟研究；改变断层为倾角70o的正断计算得剖面上边界所加荷载为10．9MPa。层，开采方向仍为下盘到上盘，再进行模拟研究。1．3岩体力学参数的选择1．2计算模型的建立根据地质钻孔资料和岩石力学试验结果，计(1)模型化假设。为计算方便及达到模拟计算采用

5、Mohr—Coulomb屈服准则，各岩层的岩性参算的主要目的，本模型作了如下概化和假设：松散数如表1所示。层交互沉积，厚度较大，在一定范围内，用补偿荷1．4模拟计算结果分析载来代替；岩土层组在组内为均匀连续介质；采用为研究对比需要并结合矿区实际情况，特选自重应力场作为原始地应力场；地下水的影响在定小倾角的逆断层(30。)和大倾角的正断层(70。)选取岩土体参数中体现，而在计算模型中不直接作为研究对象。下面就这两类断层为例模拟分析出现；断层的形态、产状不变，由于落差不是太大，断层影响下导水裂隙带高度发育及动态变化规律。没有考虑其影

6、响，断层带厚度为0．5m。1．4．1无断层时导水裂隙带发育高度模拟(2)模型建立。本次计算模型的尺寸范围为：无断层开采时的第一主应力图如图2～4所