[发明专利]一种基于覆岩演化特征的煤矿动载显现数值模拟方法在审

专利信息
申请号: 201810461961.0 申请日: 2018-05-15
公开(公告)号: CN108664743A 公开(公告)日: 2018-10-16
发明(设计)人: 朱广安 申请(专利权)人: 西安科技大学
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50
代理公司: 南京纵横知识产权代理有限公司 32224 代理人: 董建林
地址: 710054 *** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 滑移 断层面 变化判断 地质信息 计算过程 数值模拟 中顶板 覆岩 工作面开采 顶板单元 顶板破坏 计算模型 剪切位移 平衡计算 震源参数 重复执行 煤矿 剪应力 静力 断层 三维 体能 释放 中断
【说明书】:

发明公开了一种基于覆岩演化特征的煤矿动载显现数值模拟方法,包括以下步骤:1,收集待开采的工作面的相关地质信息;2,根据收集到的相关地质信息建立三维计算模型,进行静力平衡计算;3,根据计算过程中顶板单元体能量的变化判断顶板单元是否发生破坏,若发生破坏则计算顶板破坏释放的能量;4,根据计算过程中断层面的剪切位移量和剪应力降变化判断断层面是否发生“滑移”;若断层面开始“滑移”则计算断层滑移震源参数;5,重复执行上述过程,直至工作面开采结束。本发明方法实现对开采全过程中顶板破断、断层面滑移的模拟,揭示动载显现规律。

技术领域

本发明涉及一种工作面开采过程中动力显现数值模拟方法,具体涉及一种适用于煤矿井下长壁工作面开采过程中影响动载显现的基于覆岩演化特征的数值模拟方法。

背景技术

随着我国煤炭开采深度与难度的不断增大,开采引发的冲击矿压、煤与瓦斯突出和强矿压显现等工程灾害日渐严峻,严重制约了矿井的安全高效生产。因此,研究采场矿压显现规律,尤其是采动动载显现规律,为灾害防控提供理论依据和现场指导具有重要的理论和现实意义。

研究表明,冲击矿压的发生主要与工作面采动过程中煤岩体所承载的静载荷和动载荷有关。采掘空间周围煤岩体中的静载荷主要由围岩自重应力、构造应力和采动后覆岩结构演化造成的采动应力等组成,动载扰动主要包括采掘空间顶板的来压、上覆岩层运动、工作面煤体破坏以及断层滑移等导致的采掘煤岩矿震活动。近年来,煤矿井下动载与采掘围岩静载叠加作用诱发冲击显现逐渐受到重视。综上所述,研究采动后覆岩结构的演化特征及其诱发动载显现规律对于工作面动静载分布有重要意义。而针对采矿等大尺寸、复杂工程问题的研究,数值模拟以其直观、高效、便于反演现场复杂地质条件和进行大量参数敏感性分析的特点与优势,在矿压研究中得到广泛应用。然而,目前的数值模型计算所得结果与现实存有较大差异。而开采过程中顶板破裂、垮落和采空区充填、承压等反复卸压、支撑作用对应力分布影响显著。故进行数值模拟对采场矿压显现规律,尤其是采动动载显现规律的研究是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供了一种基于覆岩演化特征的工作面开采全过程动载显现数值模拟方法,对开采全过程中顶板破断、断层面滑移的模拟,揭示动载显现规律。

为解决上述技术问题,本发明提供了一种基于覆岩演化特征的煤矿动载显现数值模拟方法,其特征是,包括以下步骤:

步骤S1,收集待开采的工作面的相关地质信息;

步骤S2,根据收集到的相关地质信息建立三维计算模型,进行静力平衡计算;

步骤S3,根据计算过程中顶板单元体能量的变化判断顶板单元是否发生破坏,若发生破坏则计算顶板破坏释放的能量;

步骤S4,根据计算过程中断层面的剪切位移量和剪应力降变化判断断层面是否发生“滑移”;若断层面开始“滑移”则计算断层滑移震源参数;

步骤S5,重复执行上述过程,实现煤矿动载显现规律,直至工作面开采结束。

进一步的,步骤S3中,在数值模拟计算过程中,当发现某一段时间步内的弹性应变能出现下降,则判断单元体发生剪切或者拉伸破坏。

进一步的,单个单元体中储存的弹性应变能W表达式如下:

其中,E为弹性模量;σ1、σ2、σ3分别为最大、中间、最小主应力;υ为泊松比;V为单元体的体积;

当顶板单元体发生剪切或者拉伸破坏,相应释放的能量W’为W’=W0-Wt, W0为单元体初始状态下储存的弹性应变能,Wt为开挖后当前损伤状态下单元体存储的弹性应变能。

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