采煤誘發(fā)地表裂縫數(shù)值模擬研究.pdf

1、巖石具有抗拉不抗壓的力學特性,由于這一特點引發(fā)的工程災害數(shù)不勝數(shù)。地裂縫災害是巖石工程導致的地面變形災害之一。采煤沉陷區(qū)往往存在大量地裂縫,使環(huán)境惡化、嚴重危害人們的生活和財產(chǎn)安全。研究煤層開采過程中地表受拉破壞的過程和規(guī)律,在工程實踐中具有重要意義。文章研究采煤沉陷區(qū)地裂縫演化過程,探討采煤誘發(fā)地裂縫分布規(guī)律。主要介紹巖層移動破壞規(guī)律規(guī)律、巖石變性破壞的力學分析以及采煤誘發(fā)沉陷地裂縫的力學分析等相關(guān)理論,以巖石受拉破壞的理論為基礎(chǔ),給

2、出了巖石拉張破裂的四個判據(jù),建立有限元模型,計算得出數(shù)值模擬結(jié)果,分析模擬采煤誘發(fā)地裂縫的演化過程和地表破裂的結(jié)果。有限元方法是目前應用最為廣泛的研究工具,但是傳統(tǒng)的有限元方法,是建立在連續(xù)性假設(shè)基礎(chǔ)上的,不能模擬巖石拉張破裂后形成的不連續(xù)結(jié)構(gòu),不能直接處理巖石拉破壞現(xiàn)象問題。利用可描述拉張破裂的有限元方法,對不同抗拉強度、不同工作面推進長度、不同開采深度和不同煤層傾角下,沉陷區(qū)地裂縫演化過程進行數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明:煤層開采后,采空

3、區(qū)破壞到一定程度后,沉陷區(qū)外邊緣地表形成地裂縫并向深處擴展?？估瓘姸仍叫?工作面推進的長度越大,開采深度越小,地表形成的裂縫增多。覆巖抗拉強度越小,工作面推進長度越大,煤層埋深越淺,地表越容易形成沉陷地裂縫,甚至形成地面塌陷。地裂縫上寬下窄,擴展方向大致與工作面推進方向相垂直。地裂縫的發(fā)生、發(fā)展過程是力學作用過程在巖層中的表現(xiàn),拉張破裂形成不連續(xù)面后,裂縫周圍應力狀態(tài)發(fā)生改變,開裂點處應力被釋放,應力重新分布,導致巖石裂紋進一步擴展形成