原创《袁店一矿10煤底板破坏特征分析》：此文是一篇袁店一论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。
摘 要：根据袁店一矿102采区的钻孔资料,采用理论计算与FLAC3D数值模拟相结合的方式,来分析袁店一矿煤层开采过程中底板应力及破坏特征.结果表明：在10煤开挖后,10煤层底板到泥岩4下9m破坏仍然较严重,泥岩4基本不具有阻水能力.10煤底板破坏深度理论计算值与数值模拟得出的结果基本相符.研究结果可以为该区的生产和底板水防治提供指导意义.
关键词：应力场；数值模拟；理论计算；底板突水
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.101
0 引言
由于持续大规模开采煤炭资源,随着开采深度的增加,在煤层底板必然受到更加严重的奥陶系灰岩水与太原组灰岩水的威胁,底板隔水层性质以及底板下水压值是底板水害发生控制的关键因素.目前,煤层底板突水预测方法一般采用模糊数学法[1-3]、风险评估及突变理论[4-5]、FLAC3D数值模拟[6-8]等方法.使用FLAC3D数值模拟方法可以在可以较准确的反映出煤层底板开挖后岩土体整体的流动以及塑性变化情况,在评价煤层底板开挖后底板应力变化情况以及底板塑性破坏范围的问题上具有很大的优越性.
1 工程实例
1.1 采区地质概况
袁店一矿102采区位于工业广场西南侧,其西边界是F4断层,同时与106采区相邻；东以F2断层为界,与101采区相邻；在山西组的中部,距离太原组一灰顶界面36.1～50.5m 是10煤层.102采区为一走向北北西,倾向北东的单斜构造,地层倾角较平缓,一般为9°～13°.1灰到4灰含水层是10煤层开挖需考虑含水层,单位涌水量的范围是0.00687～0.1475 L/s.m,按照规程,其富水性是弱富水性～中等富性.渗透系数在0.03767到0.5913 m/d之间,该含水层属弱透水含水层.说明102采区太原组上部灰岩现有的岩溶裂隙不发育,连通性差.
1.2 底板破坏理论计算
（1）煤层屈服区长度的计算.根据袁店一矿102采区煤层、岩石力学测试资料,可知：袁店一矿102采区10煤层平均埋深H等于598m,平均采高M等于3.1m,通过对主采煤层顶底板岩石力学性质试验成果的分析,同时考虑到岩体的尺寸效应,覆盖于煤层上部的岩层的平均容重γ等于27kN/m3,煤的内摩擦角的加权平均值φ1等于42°,煤层底板岩层以粉砂岩、细砂岩为主,以岩石力学实验为主结合工程实践经验综合考虑底板岩层内摩擦角φ等于37°.可以求出破坏深度计算需要的弹塑性力学参数K1、F.
通过现场实际测量或者计算得到煤层屈服区长度La.煤层屈服区长度La根据A.H.威尔逊提出的计算公式：
（2）底板最大破坏深度的塑性解.极限支承压力条件下破坏区的最大深度计算公式可以由塑性滑移时岩土层极限承载力的综合计算公式（A.S.魏西克）算得煤层底板岩体最大破坏深度Hm：
1.3 底板破坏数值模拟分析
（1）模型建立.根据煤层开采具体情况建立三维坐标模型,坐标原点为倾斜煤层下山煤层底板基点,XoY平面位于底板地面,煤层的走向为X轴方向,Y轴正方向为倾斜水平投影方向,垂直向上为Z轴正方向建立三维地质坐标系统.按岩性以及岩层完整性,根据钻孔资料,以及结合工作面的具体开采情况,将研究区内岩层被划分为泥岩、灰岩、粗砂岩、沙质泥岩、10煤等19个工程地质岩组.工程地质模型及边界条件见图1.模型范围主要是沿X轴正向250m（包含测试孔在内）,沿Y轴正向200m,沿Z轴正向175m的地块,整个三维模型共划分28350个单元,31304个节点.煤层倾角10°,采厚4m.在满足模型实际条件要求下,设定模型的前后以及左右两侧面都是实体岩体,同时也可以简化为位移边界条件,设定在Y方向为开挖后变形运动方向,而X方向是固定铰支座满足刚性要求；下部底面边界简化为位移边界条件,X轴方向为固定铰支座视为无位移变化行为,同样设定Y轴为开挖后变形方向；上部边界条件是按照施加在岩层上面的等效荷载施加,约为5.8MPa.
（2）岩体力学参数.模拟结果的可靠性直接受到模型计算参数的选择的影响.以实验测试的岩石物理力学指标为基础,结合Mohr-Columb 屈服准则,以及工程实践经验确定合理、有效的岩体物理力学参数.
（3）数值模拟结果分析.由图2可以看出,两个应力增高区出现在工作面煤壁后方及开切眼处,在推进步距100m时,距开切眼前方约6m以及停采线后方约 6m处出现最大值,且最大垂直应力值分别约为 21.5MPa和 23.8MPa.
在煤层开采的过程中,在底板岩层内部一定区域内,原始应力平衡状态打破,应力重新进行分布直到达到平衡状态,在采空区附近与煤壁区域内,底板岩层在开采过程中由于临空面形成而产生卸荷回弹,一定区域内的应力高度集中且在开挖的初始阶段变化极为强烈,尤其在靠近煤壁的地方,应力急剧变化,初始阶段就有可能产生破坏区域,产生连续破坏带,底板已经形成的破坏带会由于矿山压力与下伏灰岩中承压水的共同作用可能会进一步破坏,从而可能使10煤与下伏灰岩导通,增加其水力联系,使突水的危险性加大.
由图3所显示,开挖过程中在停采线处和开切眼处是应力高度集中且极有可能产生脆性破坏的区域,所以停采线及开切眼处最小垂直应力值是评估地层阻水能力的关键数据.在10煤层底板下9m处即泥岩4层面,最小的垂直应力值约为2.2MPa,基本不具有阻水的能力了,在10煤层下15m中即砂岩层面,最小的垂直应力值约为5.2MPa,阻水能力提升.在1灰顶面,最小的垂直应力值约为12MPa.1灰是主要含水层,通过将煤层下不同层位垂直应力值与含水层水压值进行比较可以为矿井水害防治提供指导意见.
（4）底板采动破坏演化特征.图4是可以看出,在工作面的推进过程中岩层产生了不可逆形变,采空区两端的支撑煤壁处的塑性区逐渐变为剪切屈服,屈服极限值为能承受水压力最小值,在煤层底板中部的采空区,由于底板破坏深度在矿山压力的作用下不断加大,会出现了局部拉张屈服变形.工作面下方也会受到矿山压力影响,随着矿山压力的不断增大,底板发生底鼓的范围也会随着不断扩大.在步距100m的时候,塑性区破坏深度约为14m左右,此时达到最大值,这与与理论计算结果基本相符.
袁店一论文参考资料：
结论：袁店一矿10煤底板破坏特征分析为关于本文可作为袁店一方面的大学硕士与本科毕业论文袁店一论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
