基于UDEC的岩层与地表移动动态模拟研究_刘吉波.docx

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1、第19卷第3期(总第118期)煤矿开采Vol.19No.3(SeriesNo.118)2014年6月COALMININGTECHNOLOGYJune2014基于UDEC的岩层与地表移动动态模拟研究刘吉波，廉旭刚，戴华阳，杨国柱，刘杰(中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京100083)［摘要］以UDEC为研究平台，讨论了数值计算时的开挖模拟和迭代运算问题。通过计算实验，提出并建立了以开采充分性和推进速度为变量的单元开采迭代次数的计算方法，分析了岩层性质及工作面推进速度等因素对岩层及地表移动变形的影响规律，为岩层及地表动

2、态移动变形的模拟计算提供了参考。［关键词］UDEC;岩层与地表移动;数值模拟;迭代次数;开挖模拟［中图分类号］TD325［文献标识码］A［文章编号］1006-6225(2014)03-0104-04DynamicalSimulationofＲockStrataandSurfaceMovementBasedonUDECLIUJi-bo，LIANXu-gang，DAIHua-yang，YANGGuo-zhu，LIUJie(EarthScience＆SurveyingEngineeringSchool，ChinaUniversityo

3、fMining＆Technology(Beijing)，Beijing100083，China)Abstract:MiningsimulationanditerationcalculationinnumericalsimulationwasdiscussedbasedonUDECsoftware.Acalculationmethodofzoneminingiterationswasputforwardwhichtookminingsufficiencyandminingspeedasvariables.Bythismethod，

4、thein-fluenceruleofrockpropertiesandminingspeedonrockandsurfacemovementanddeformationwereanalyzed，whichprovidedrefer-enceforsimulationandcalculationofrockandsurfacedynamicmovementanddeformation.Keywords:UDEC;rockandsurfacemovement;numericalsimulation;iterationnumber;

5、excavationsimulation数值模拟软件是研究岩层移动规律的重要手段，很多学者应用数值模拟软件在开采沉陷领域进行了研究。杨天鸿等基于岩体渗流耦合及损伤分析系统，模拟了开采过程中覆岩动态破坏过程及应力场和渗流场演化的过程，提出了岩层渗透性演化受到开采引起的应力重新分配及覆岩损伤累积过程中［1］结构性破坏的分布特征。唐春安应用自主开发的岩石破坏分析系统ＲFPA2D，分析了采空区上覆岩层的移动变形规律，认为ＲFPA2D岩层性质、几何条件、移动变形、破坏形态及支撑结构等方面真实地模拟开采过程中岩层发生变形、离层、断裂及［2］

6、地表下沉的规律。李新强等分析了采空区上覆岩层内部移动变形规律，提出了动态分析开采沉陷预计模型，揭示了四大控制岩体运动的要素:即推进速度、覆岩的移动演变、岩体和矸石的流变压，［3］缩并据此编制了专用的有限元分析软件。谢和平院士利用FLAC进行了煤矿开采沉陷预计，并将预计结果和概率积分法做了对比分析，揭示了使用FLAC可模拟真实开采地质条件，指出时间因素与计算迭代次数有关，即计算步数与对应的时间长度成正比，计算步数越大，模型形变越大［4－5］。但目前对开采沉陷引起的动态岩层及地表移动［收稿日期］2014－03－28的数值模拟预计方

7、法研究仍不成熟，未提出基于时间影响的具体模型或方法。为此，本文对数值模拟迭代次数与开采充分度及推进速度的关系进行研究，建立计算匀速开采与非匀速开采时在不同开采充分程度下的地表动态预计模型;分析开采推进速度、岩层性质对岩层及地表移动变形的动态影响过程。1瞬时开采岩层及地表移动的传递速度煤矿开采是连续的推进过程，覆岩及地表移动随着开采空间和时间变化。瞬时开采是假设在某一时间，采出特定区域的全部矿体，即将开采空间看作一常量，地表及覆岩的移动变形仅随采后时间而变化，不受开采空间的影响。借助数值计算软件可模拟实际生产中不存在的开采状况，研

8、究不同开采充分度时，覆岩及地表移动变形与开采破坏传递速度的关系。假设采动破坏的传递速度与开采的充分程度(宽深比)有关，认为地下煤层开采引起的移动变形传至地表所需的数值模拟迭代次数为传递速度。为了验证假设的正确性，进行了不同采深不同充分度条件下模型开采引起地表下沉