RFPA巖層移動模塊

1、RFPA工程算例（巖層移動模塊）X.H.Zhu (Mechsoft)試驗一：開采誘發(fā)的巖層移動及其應(yīng)力分布的數(shù)值模擬試驗內(nèi)容：（1）模擬分步開采誘發(fā)的地應(yīng)力重新分布情況（2）模擬分析隨著采動工作面的推進(jìn)，上覆巖層的斷裂過程及應(yīng)力重分布情況（3）模擬分析隨著采動工作面的推進(jìn)，地表沉陷和水平移動的發(fā)展規(guī)律模型建立及參數(shù)選擇上硬下軟型巖層頂板冒落本模型尺寸50m×100m，網(wǎng)格單元劃分100×200個；共劃分20000個單元。采用平面應(yīng)變模型。本模型共分不同巖性的5層巖層，力學(xué)參數(shù)及厚度如表1所示。本模型計算的目的是主要在于考察自下而上厚度和強(qiáng)度呈遞增狀態(tài)的頂板破壞過程及特征。表

2、1 上硬下軟型巖層模型參數(shù)層序巖性厚度（m）彈性模量（MPa）抗壓強(qiáng)度（MPa）自重摩擦角(度)泊松比頂板3砂巖308000802.65300.25頂板2砂巖7.55000502.5350.30頂板1砂頁巖53000302.5370.30煤層2.51000251.8380.35底版砂巖5100001002.65300.25位置均質(zhì)度彈性模量抗壓強(qiáng)度自重M S -TM S -C壓拉比節(jié)理501000102.01.02050RFPA數(shù)值模型上硬下軟型巖層破壞分析數(shù)值模型模擬結(jié)果： 模擬結(jié)果分析：（）直接頂冒落階段隨著采場工作面的推進(jìn)，上覆巖層懸露，在重力的作用下彎曲巖梁懸露的跨度達(dá)到一定的跨度后，

3、彎曲沉降發(fā)展到一定的限度，在巖梁的端部開裂，在此模型中，當(dāng)工作面推進(jìn)20m時發(fā)生開裂。在巖梁的中部開裂形成“假塑性巖梁”。如圖F，當(dāng)巖梁的沉將值超過“假塑性巖梁”允許的沉降值時，懸露巖層即自行冒落，如圖 。冒落形態(tài)呈非對稱性。（）老頂初次破斷階段隨著采場工作面的進(jìn)一步推進(jìn)，老頂在重力的作用下彎曲下沉。當(dāng)工作面推進(jìn)到m時，如圖所示，老頂出現(xiàn)大范圍的移動，采空區(qū)前后煤臂上方基巖的上部、中部出現(xiàn)拉裂縫。當(dāng)工作面推進(jìn)到m時，如圖所示，基巖的老頂初次垮落，垮落的形態(tài)表現(xiàn)為不對稱性。老頂破斷巖塊沿工作面煤臂切落。頂板第一次斷裂結(jié)束。（）老頂周期性破斷階段老頂初次破斷后，當(dāng)工作面推進(jìn)m 如圖所示，上部頂板出

4、現(xiàn)離層、端部中部斷裂現(xiàn)象。上部頂板斷裂第二次周期開始。（）地表沉陷階階段當(dāng)煤礦埋藏離地面不深時，開采區(qū)離地面較淺或采空區(qū)面積較大時，將引起地表沉陷等災(zāi)害。（）工作面推進(jìn)時地表移動的變化特征：由模擬結(jié)果下沉可以看出，隨著工作面的推進(jìn)地表的下沉逐漸增大，下沉曲線基本上關(guān)于采空區(qū)中心線對稱，下沉最大值也隨著工作面的推進(jìn)而前移。由水平移動可以看出，開挖區(qū)兩側(cè)的地表都向開挖去區(qū)移動，且隨著采空區(qū)的加大，地表水平移動也逐漸增大。隨著工作面的推進(jìn)上覆巖層的破斷過程為：巖梁首先是懸露，然后在重力的作用下發(fā)生離層、彎曲，當(dāng)巖梁的懸露達(dá)到一定的跨度，彎曲沉降發(fā)展到一定的限度后，在煤臂處的端部、中部開裂形成“假塑性

5、巖梁”，當(dāng)其沉降值超過“假訴性巖梁”允許沉降值時，懸露巖層即自行冒落。隨著采動工作面的推進(jìn)，上覆巖層破斷過程的總體趨勢是由下而上發(fā)展的。在采場開挖的過程中，直接頂?shù)钠茐男问綖槔茢?。老頂?shù)钠茐闹饕茈S著開挖增大的拉應(yīng)力及其損傷的積累作用，老頂初次破斷機(jī)理拉破壞失穩(wěn)。老頂?shù)闹芷谛云茢嘁彩怯衫瓚?yīng)力引起的，屬于拉破壞，老頂周期性破斷過程是工作面推進(jìn)，拉破壞區(qū)不斷向下擴(kuò)展使巖梁破斷成接近塊狀，當(dāng)工作面推進(jìn)到拉破壞區(qū)下方時接近于塊狀的老頂巖塊剪切失穩(wěn)。隨著推進(jìn)的進(jìn)行，在頂板冒落以前，煤臂處的應(yīng)力值最高，隨著頂板的超前破壞，在破壞點的尖端存在高度應(yīng)力集中。當(dāng)破壞點連通時，巖體內(nèi)能量得以釋放，應(yīng)力集中程度降

6、低，這與斷裂力學(xué)的觀點是一致的，這為進(jìn)一步用斷裂力學(xué)的觀點來研究巖層破壞與應(yīng)力分布之間的關(guān)系提供了依據(jù)。試驗二：斜向?qū)訝顜r體巷道圍巖應(yīng)力場分布模擬試驗內(nèi)容：（1）斜向?qū)訝顜r體數(shù)值模型的建立（2）不同形狀巷道圍巖應(yīng)力場分布情況模型建立及參數(shù)選擇網(wǎng)格100×200個單元，尺寸10000mm×20000mm,采用平面應(yīng)變問題，X方向位移控制為0，Y方向自由。重力方向向下，力學(xué)性質(zhì)參數(shù)如下表：表 1 基元的力學(xué)參數(shù)、相變準(zhǔn)則位置HeterogeneityElastic/MpaStrength/MpaPoissonWeight/N/mm3巖層10500003000.252.4e-5煤層250001500.31.4e-5節(jié)理201000100.251.0e-5位置Friction angleC/T ratioMax strain TMax strain CStrengt