[发明专利]一种确定残煤自燃对露天矿边坡稳定性影响的方法

摘要

本发明公开了一种确定残煤自燃对露天矿边坡稳定性影响的方法，其特征在于，使用PFC3D对露天矿边坡进行建模，在热力耦合的条件下，模拟了残煤自燃至不同燃空区深度时，边坡内部的岩体破坏过程，进而确定影响边坡稳定的岩体破碎区；其包括如下步骤边坡模型构建，自燃过程的模拟及稳定性分析；本发明可用于露天煤矿边坡内残煤自燃对边坡稳定性的分析。

主权项

一种确定残煤自燃对露天矿边坡稳定性影响的方法，其特征在于，使用PFC3D对露天矿边坡进行建模，在热力耦合的条件下，模拟残煤自燃至不同燃空区深度时，边坡内部的岩体破坏过程，进而确定影响边坡稳定的岩体破碎区；其包括如下步骤：边坡模型构建，自燃过程的模拟及稳定性分析；采用PFC3D的热力耦合模型处理煤颗粒之间及围岩的热力关系；颗粒半径的确定，由于PFC3D建模的特殊性，结合实际观测边坡自由面裂缝间隔在0.8m到1.2m之间，将边坡颗粒ball半径设为0.8～1.2m的正态分布；煤层根据实际调查的节理裂隙特点将煤颗粒ball半径设为0.5～1m的正态分布；模型边界的确定，考虑到泥岩和砂质页岩在矿场地平面以下，且在煤层以下，煤的自燃对这两层岩体的影响较小，所以模型的下边界定为煤层与泥岩的交界面；随着残煤自燃的发展，对于不同燃空区深度，进行递进式模拟，沿煤层倾角方向煤每燃烧20m进行一次模拟；为模拟自燃过程，应参考反应状态、实地残留物提取及相似模型研究，每间隔20m的煤燃烧残留体积与原体积比折合成颗粒半径比，比值为调整系数εi，设模拟为8段进行，共160m；对颗粒进行调整，燃烧后的颗粒半径等于原半径乘调整系数εi，εi＝{0.9，0.8，0.7，0.6，0.5，0.4，0.3，0.2}，i＝1～8，i表示某段煤层被模拟的次数；岩层破碎区范围的确定，首先明确破裂是由于位移产生的孔隙造成的，所以应根据模型中颗粒的位移情况判断破碎区范围，进而利用喇叭裂隙带、上边界线、喇叭口高和分层剥离线分析破碎区形成的特点，其中，喇叭裂隙带为煤层自燃形成的岩体内部破碎区域；上边界线为分割岩体不同位移量的分界线；喇叭口高为垂直于煤层倾角的且通过煤燃烧与未燃烧分界处的分界线，用于表示上边界线出现折线后的部分；位移矢量线有明显的分层特征，层与层之间的分界线为分层剥离线。