FLAC在煤矿开采沉陷预测中的应用及对比分析.pdf

岩石力学与工程学报990407岩石力学与工程学报CHINESEJOURNALOFROCKMECHANICSANDENGINEERING1999年第5卷第7期Vol.5No.71999FLAC在煤矿开采沉陷预测中的应用及对比分析谢和平周宏伟王金安李隆忠M.A.Kwasniewski摘要应用FLAC2D3.3和FLAC3D1.0对河南省鹤壁矿务局4矿开采沉陷进行了预计通过对比分析经典预计方法(概率积分法)与FLAC计算结果发现FLAC能真实地模拟现场地质条件弥补一般经典方法不能考虑断层影响的不足是一种简单易行的开采沉陷预计方法。关键词FLAC开采沉陷开采沉陷预计数值模拟分类号TD325.21前言目前我国建筑物下压煤特别是村庄下压煤量呈上升趋势［1］煤层开采前对开采沉陷作出预计对保护地面建筑物和地面环境具有十分重要的意义。我国对开采沉陷学的研究经过最近几十年的发展已逐步成熟形成了独立的学科范围和独特的研究方法有关开采沉陷的理论和方法也已经在现场生产实践中发挥了重要作用。尤为值得一提的是60年代我国学者引入波兰学者提出的开采沉陷的随机介质理论并加以改进和完善提出了地表移动预计的概率积分法该方法直到目前仍被我国采矿行业广泛应用［23］。现有的开采沉陷理论基本上都是以均匀连续介质假设作为理论研究前提不能考虑岩层中存在的不连续面如节理、裂隙以及断层的影响。而实际上岩层中存在大量的节理裂隙和规模不等的断层这些不连续面的存在影响了开采沉陷规律尤其是当开采区域断层比较发育时断层对开采沉陷规律的影响十分明显在这种情况下就不得不考虑断层等不连续面的影响。另一方面由于目前的开采沉陷预计理论(如概率积分法)的关键参数必须经过现场观测才能确定因而给实际预测工作造成了一定的难度。鉴于此本文用FLAC对煤矿开采沉陷进行了预计该方法以岩石力学理论为基础以煤岩物理力学参数和地层构造特性为计算依据无需作任何假设或确定某些关键参数从而克服了经典预计方法的不足。本文针对河南省鹤壁矿务局4矿的具体条件分别用两种不同的方法(即概率积分法和数值模拟方法)对开采沉陷进行了预计。2计算模型和计算参数2.1FLAC简介FLAC(FastLagrangianAnalysisofContinua)是由美国Itasca公司开发的显式有限差分程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏或塑性流动的力学行为分析渐进破坏和失稳特别适用于模拟大变形。FLAC设有多种本构模型另外程序还设有界面单元可以模拟断层、节理和摩擦边界的滑动、张开和闭合行为。支护结构如砌衬、锚杆、支架等与围岩的相互作用也可以在FLAC中进行模拟。FLAC采用显式算法来获得模型全部运动方程的时间步长解从而可以追踪材料的渐进破坏和垮落这对研究开采的时间效应和空间效应是非常重要的。此外程序允许输入多种材料类型亦可在计算file:///E|/qk/yslxygcxb/yslx99/yslx9904/990407.htm（第1／2页）2010-3-2313:16:39岩石力学与工程学报990407过程中改变某个局部的材料参数增强了程序使用的灵活性用来提供采动区域的垮落过程和开采中的充填过程。FLAC具有强大的后处理功能用户可以直接在屏幕上绘制或以文件形式创建和输出打印多种形式的图形。使用者还可根据需要将若干个变量合并在同一幅图形中进行研究分析。作者单位：谢和平周宏伟王金安：中国矿业大学(北京校区)岩石力学与分形研究所北京100083李隆忠：鹤壁矿务局鹤壁456600M.A.Kwasniewski：西里西亚工业大学波兰作者谢和平简介：男43岁博士1987年毕业于中国矿业大学北京研究生部工程力学专业现任博士生导师、中国矿业大学校长主要从事分形几何、岩石力学、岩石类材料损伤断裂力学及其在采矿工程中的应用等教学与研究工作。1998年2月27日收到初稿1998年4月21日收到修改稿。file:///E|/qk/yslxygcxb/yslx99/yslx9904/990407.htm（第2／2页）2010-3-2313:16:39FLA