基于FLAC3D的大采高综放工作面推进矿压显现规律数值模拟.doc

1、采矿工程数值分析与应用题目：基于 FLAC3D 的大采高综放工作面推进矿压显现规律数值模拟采矿工程数值分析与应用11 关键问题根据煤层、顶板冲击倾向性鉴定结果和曾发生的动力现象，并考虑到 1301工作面复杂的开采条件(深部、特厚煤层、高地压、强承压水、高温、厚表土层、构造发育等)，认为 1302N 工作面开采面临潜在的冲击地压、帽裂等动力灾害威胁。因此，本文提出应用 FLAC3D研究工作面推进过程中矿山压力显现规律。根据该规律，减少冲击地压等的动力灾害的发生，保证工作人员的生命安全，增大生产效率，提高产量。2 工程背景2.1 矿井基本概况山东新巨龙能源有限责任公司位于山东省菏泽市巨野县新巨龙镇

2、，在巨野煤田中南部，东距巨野县城约 20 公里，西距菏泽市 40 公里，兖新铁路和 327国道在井田上穿过，北临日东高速公路，东依京福高速公路、京沪铁路、京杭大运河，西靠 京九铁路、济广高速、德商高速，交通便利。公司占地面积 522808 平方米，矿井井田东起田桥断层，西至煤采地层底界露头，南起邢庄及刘庄断层，北至陈庙 断层及第一勘探线，地理坐标为北纬 35053530 ，东经 11547 11618，南北长约 12 公里，东西宽约 15 公里，面积约 180 平方公里。交通位置详见图 2-1，其中 A 为新巨龙能源公司所在位置。矿 井 地 质 储 量16.83 亿 吨 ， 可 采 储 量 5

3、.1 亿 吨 ， 设 计 生 产 能 力 600 万 吨 /年 ， 设 计 服 务 年 限82 年 。采矿工程数值分析与应用2图 2-1 交通位置图巨野属黄淮流域，北临黄河，境内水系健全，水资源丰富。既有充足的地表水、地下水，又可常年引流黄河水，全县水资源总量 3.76 亿 m3，可利用地表水 1.3 亿 m3，可利用地下水 2.47 亿 m3，人均水资源储量 413.1m3。即将动工兴建的大野水库，库容达 2.5 万 m3，可为工农业发展和城镇居民生活提供用水保障。巨野属暖温带大陆气候，四季分明，气候温和，雨水充沛。年均气温13.5C；年均降水量 655mm；无霜期平均 213 天；年日照时

4、数 2329.2-2578.3小时。2.2 矿井地质条件2.2.1 地层与主采煤层特点（1）煤层发育情况地层区划属华北地层区鲁西地层分区，区内多为第四系覆盖。3 煤层平均厚度为 8.82m，煤层直接顶为厚度为 2.35m 的粉砂岩，其单向抗压强度为 32.13 MPa，基本顶为厚度为 12.42m 的粉砂岩互层，其单向抗压强度为 100.17 MPa，由于煤层厚度较大，采空区冒落高度相对较高，煤层顶板又较为坚硬，因此可能存在顶板大面积悬顶。随着工作面的继续推进顶板集聚足够的弹性能，突然断裂对工作面支架、煤壁造成冲击诱发采场、巷道冲击地压发生。因此，3 煤层顶板是否形成大面积悬顶是工作面顶板明显

5、动压发生的必要条件。根据1301N 工作面、已施工的 1302N 上下平巷揭露资料，工作面第一联络巷以南部西部区域 3 煤厚度在 2.8-3.3m，东部靠近 1301N 工作面上平巷附近厚 4.3-8.0m；第一联络巷以北西部区域 3 煤厚 9.7-10.9m，1301N 工作面上头揭露 3 煤厚 8.0-9.5m；煤层中间夹 0-1.2m 泥岩或炭质泥岩。3 煤层属较稳定，结构复杂。（2）煤层类型及煤质3 层煤可采指数为 1，为较稳定煤层，煤层倾角 06，平均 3；煤种在二联巷处分界，煤质牌号为肥煤；宏观煤岩类型为半暗-半亮型煤，低灰低硫易洗选，发热量 30.13MJ/kg，硫份 0.55%

6、，灰分 12.95%。（3）煤层顶底板煤层顶底板条件主要见表 2-1：采矿工程数值分析与应用3表 2-1 煤层顶底板情况表（根据东部 L-8 钻孔）顶、底板名称 岩石名称 厚度 特 征基本顶 中砂岩 28.5灰白色，夹深灰色条带，中厚层状，薄层状，水平层理，含长石，绿泥石、白云母片及黄铁矿，分选中等，硬度较大。直接顶伪顶 粉砂岩 1.3深灰色，薄层状，水平层理，成分较纯，含白云母片及较少植物茎叶化石，硬度较小，平坦断口，参差状断口。 直接底 泥 岩 2.52深灰色，厚层状，含黄铁矿，煤粒及植物要化石，具斜纵向裂隙，半充填黄铁矿片晶，硬度小，较脆，棱角状断口。老底 细砂岩 8.5 灰白绿色，夹有

7、粉砂岩薄层，内有方解石薄膜及黄铁矿晶体。2.2.2 地质条件综合评价（1）采场矿压显现剧烈主采煤层上覆薄基岩厚度平均不到 200 m，但基岩上部有约 650 m 的巨厚冲积层（如图 4-1 所示） ，加之采用大采高综放开采，采场矿压显现剧烈。矿井井巷工程埋深较深，上覆巨厚冲积层薄基岩，顶板岩石多为泥质砂岩，遇水即涨，性脆，易破碎，支护困难；煤层较厚，工作面上下平巷沿煤层底板掘进，巷道支护困难。加之采用大采高综放开采，采场矿压显现剧烈。（2）水压高龙固煤矿直接充水含水层是主采煤层（3 煤）的顶底板砂岩（“三砂” ）和底板的太原组“三灰” ，水压都高达 8 MPa。在大采高综放开采条件下，3 煤顶

8、板砂岩含水层将以淋水的形式进入矿井；由于采煤过程中产生的底板次生裂隙，3 煤底板砂岩含水层将以涌水的形式进入矿井，共同构成矿井涌水量的一部分。（3）地温高矿井第一水平为-810 m，由于深部开采，采区内原始岩温高达 46，出水温度最高达 50，采掘工作面空气温度更是超过 35，湿度达到 100%。另外，除了超高地温（出水点温度 50） 、本矿井还存在超大涌水（1700 m3/h） ，根据现场实测，-810 水平水温达 4851，-709 水平水温达 46。且同水平水温比岩温高 46.3，水的放热量传递给风流的速度快，水温高是龙固矿井采矿工程数值分析与应用4高温热害的重要特点。（4）易自然发火龙

9、固煤矿主采煤层为 3（3 上、3 下）煤层，煤尘爆炸指数为35.3240.43%，3 层煤自燃倾向性等级为类，自然发火期 46 天。但由于龙固矿井井下岩层温度（平均 38）较高，使煤的自然发火期缩短到 41 天。（5）工作面有动力现象1301 工作面上、下平巷掘进过程中曾多次发生煤炮，工作面回采过程中，曾于 2010 年 2 月 3 日发生采场支架压死现象。根据煤层、顶板冲击倾向性鉴定结果和曾发生的动力现象，并考虑到 1301 工作面复杂的开采条件(深部、特厚煤层、高地压、强承压水、高温、厚表土层、构造发育等)，认为 1301 工作面回采过程中面临潜在的冲击地压等动力灾害威胁。2.3 采煤方法

10、采用大采高一次采全厚开采，割煤高度 3.5-4.0m。工作面推进长度1500m，倾斜长度 220m。回采巷道沿煤层底板掘进，巷道尺寸 45004200mm。采矿工程数值分析与应用5721.70723.0730.19730.36732.08734.6028.501.307.190.171.722.5213细 粒 砂 岩粉 砂 岩3上 煤粘 土3上 煤泥 岩灰 白 色 ， 浅 灰 色 ， 夹 深 灰 色 条 上 ， 薄 层 状 ， 中 厚 层 状 ， 水 平 层 理 ， 微 波 状 层 理 ， 偶 见 透 镜 状 层 理 ， 含 长 石 ，绿 泥 石 ， 白 云 母 片 ， 夹 深 灰 色 粉 砂

11、 岩 薄 层 ， 含 植 物 叶 部 化 石 ， 分 选 中 等 ， 局 部 较 差 ， 硬 度 较 大 。深 灰 色 ， 薄 层 状 ， 水 平 层 理 ， 成 分 较 纯 ， 含 白 云 母 片 及 较 少 植 物 茎 叶 化 石 ， 硬 度 较 小 ， 平 坦 断 口 ， 参 差 状 断口 。黑 色 ， 半 光 亮 型 ， 主 要 由 亮 煤 及 煤 组 成 ， 含 黄 铁 矿 片 晶 ， 条 带 状 结 构 ， 阶 梯 状 断 口 ， 硬 度 较 小 ， 性 脆 。 石为 泥 岩 。 见 棱 角 状 断 口 。 深 灰 色 ， 厚 层 状 ， 含 黄 铁 矿 ， 煤 粒 及 植 物 要

12、 化 石 ， 具 斜 纵 向 裂 隙 ， 半 充 填 黄 铁 矿 片 晶 ， 硬 度 小 ， 较 脆 ， 棱 角状 断 口 。累 计（ m） 层 厚 (m) 岩 石 名 称 岩 性 描 述序 号 柱 状 附 图 1： 1302N工 作 面 柱 状 图（ 根 据 L-8钻 孔 ）7.23.54.63.74.98.427.6中 粒砂 岩粉 砂 岩细 粒砂 岩粗 粒砂 岩细 粒砂 岩泥 岩中粒砂岩粗粒砂岩灰 白 、 灰 绿 色 ， 硅 泥 质 孔 隙 式 胶 结 ， 下 部 夹 粉 砂 岩 薄 层 。 灰 绿 、 紫 红 色 ， 致 密 ， 含 白 去 母 碎 片 ， 局 部 夹 泥 岩 薄 层 ，

13、 在 顶部 含 鲕 粒 。 灰 绿 色 、 浅 灰 色 ， 泥 硅 质 基 底 式 胶 结 ， 含 泥 岩 印 刷 体 一 ， 个交 错 层 理 及 局 部 波 状 层 理 ； 下 部 发 育 斜 交 裂 隙 ； 宽 0.5-1m长0.3m， 方 解 石 充 填 。 灰 绿 色 ， 泥 钙 质 胶 结 ， 中 部 含 泥 岩 包 体 ， 含 黄 铁 矿 散 晶 ； 具斜 层 理 ， 局 发 育 斜 交 裂 隙 ， 方 解 石 充 填 。 灰 绿 色 带 紫 红 色 斑 点 ， 局 部 浅 灰 色 ， 泥 质 基 底 式 胶 结 ； 含 泥 包体 ， 上 部 发 育 水 平 裂 隙 ， 泥 质

14、充 填 局 部 夹 浅 灰 色 粉 砂 岩 薄 层 。灰 白 带 绿 色 ， 硅 质 胶 结 ； 局 斜 交 层 理 ； 局 部 含 粗 砂 和 泥 岩 包体 ， 含 黄 铁 矿 散 晶 ； 上 部 发 育 垂 直 裂 隙 ， 未 充 填 。灰 白 色 局 部 绿 色 ， 硅 质 胶 结 ， 局 钙 质 胶 结 ， 836.0米 以 下 含泥 岩 或 粉 砂 岩 包 体 ， 局 部 夹 粉 砂 岩 薄 层 ； 底 部 有 17米 厚 含 细砾 ， 夹 煤 线 或 包 体 ； 下 部 含 黄 铁 矿 晶 体 ， 发 育 垂 直 裂 隙 ， 方 解石 ， 泥 质 或 黄 铁 矿 充 填 裂 隙 ；

15、 局 部 含 少 量 植 物 碎 屑 化 石 。细 粒砂 岩 灰 白 色 ， 薄 层 状 ， 硅 质 胶 结 ， 上 部 发 育 斜 交 裂 隙 ， 宽 0.5m，长 0.1m， 方 解 石 及 黄 铁 矿 充 填 ， 局 部 含 菱 铁 矿 结 核 及 黄 铁 矿 晶体 ， 夹 泥 岩 条 纹 ， 具 斜 层 理 。4.20738.801.6浅 灰 色 ， 中 部 含 少 量 鲕 粒 和 夹 灰 绿 色 细 砂 岩 薄 层 ； 下 部 发 育 斜交 裂 隙 ； 下 部 含 植 物 化 石 。2456789黑 色 ， 半 光 亮 型 ， 主 要 由 亮 煤 及 煤 组 成 ， 含 黄 铁 矿

16、片 晶 ， 条 带 状 结 构 ， 阶 梯 状 断 口 ， 硬 度 较 小 ， 性 脆 。 石为 泥 岩 。 见 棱 角 状 断 口 。10112131415693.265.6654.0654.6649.7646.0641.4637.9图 2.2 煤岩层综合柱状图采矿工程数值分析与应用63 软件介绍3.1 FLAC/FLAC3D 简介 FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）是由 Itasca 公司研发推出的连续介质力学分析软件，是该公司旗下最知名的软件系统之一。FLAC 目前已在全球七十多个国家得到广泛应用，在国际土木工程（尤其是岩土工程）学术界和

17、工业界享有盛誉。 FLAC 有二维和三维计算软件两个版本，即FLAC2D（1984）和 FLAC3D（1994） 。这里进行一下说明，本书在阐述软件系列时，以 FLAC 统一称谓 FLAC2D 和 FLAC3D；分述 FLAC2D 和 FLAC3D 时，FLAC 仅指代 FLAC2D。FLAC V3.0 以前的版本为 DOS 版本，V2.5 版本仅仅能够使用计算机的基本内存（64K） ，因而求解的最大结点数仅限于 2000 个以内。1995 年，FLAC 升级为 V3.3 的版本，由于能够扩展内存，因此大大增加了计算规模。FLAC 目前已发展到 V5.0 版本。FLAC3D 作为 FLAC 的

18、扩展程序，不仅包括了FLAC 的所有功能，并且在其基础上进行了进一步开发，使之能够模拟计算三维岩、土体及其它介质中工程结构的受力与变形形态。FLAC3D 目前已发展到 V3.1版本。 3.2 FLAC/FLAC3D 的主要特点 FLAC/FLAC3D界面简洁明了，特点鲜明，其使用特征和计算特征在众多数值模拟软件中别具一格。3.2.1 FLAC/FLAC3D 的使用特征 FLAC/FLAC3D 的使用特征主要表现为： 命令驱动模式 FLAC/FLAC3D 有两种输入模式： 人机交互模式，即从键盘输入各种命令控制软件的运行； 命令驱动模式，即写成命令流文件，由文件来控制软件的运行。其中，命令驱动模

19、式为 FLAC/FLAC3D 的主要输入模式，尽管这种驱动方式对于简单问题的分析过于繁杂，对软件初学者而言相对较困难，但对于那些从事大型复杂工程问题分析而言，因涉及多次参数修改、命令调试，这种方式无疑是最有效、最经济的（当然，由于二维建模相对简单，照顾不少用户的使用习惯，在 FLAC 中也可以采用界面操作模式即 GIIC 模式进行分析计算） 。 采矿工程数值分析与应用7专一性 FLAC/FLAC3D 专为岩土工程力学分析开发，内置丰富的弹、塑性材料本构模型（其中 FLAC 内置 11 个，FLAC3D 内置 12 个） ，有静力、动力、蠕变、渗流、温度 5 种计算模式，各种模式间可以相互耦合，

20、以模拟各种复杂的工程力学行为。 FLAC/FLAC3D 可以模拟多种结构形式，如岩体、土体或其它材料实体：梁、锚元、桩、壳以及人工结构，如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩等。通过设置界面单元，可以模拟节理、断层或虚拟的物理边界等。 借助其强大的绘图功能，用户能绘制各种图形和表格。用户可以通过绘制计算时步函数关系曲线来分析、判断体系何时达到平衡与破坏状态，并在瞬态计算或动态计算中进行量化监控，从而通过图形直观地进行各种分析。 开放性 FLAC/FLAC3D 几乎是一个全开放的系统，为用户提供了广阔的研究平台。通过其独特的命令驱动模式，用户几乎参与了从网格模型的建立、边界条件的设置、

21、参数的调试到计算结果输出等的全部求解过程，自然能更深刻理解分析的实现过程。 利用其内置程序语言 FISH，用户可以定义新的变量或函数，以适应特殊分析的需要。例如，利用 FISH，用户可以设计自己的材料本构模型；用户可以在数值试验中进行伺服控制；可以指定特殊的边界条件；自动进行参数分析；可以获得计算过程中节点、单元的参数，如坐标、位移、速度、材料参数、应力、应变和不平衡力等。 此外，用户还可以利用 C+ +程序语言自定义新的本构模型，编译成DLL（动态链接库） ，在需要时载入 FLAC/FLAC3D，且运行速度与内置模型相差不大；用户也可以利用有限元软件或其它专业建模工具建立复杂三维模型，导入

22、FLAC3D，以弥补在建立三维复杂模型等方面的不足。 3.2.2 FLAC/FLAC3D 的计算特征 作为有限差分软件，相对于其它有限元软件，在算法上，FLAC/FLAC3D 有以下几个优点： 采用“混合离散法” （Marti and Cundall 1982）来模拟材料的塑性破坏和塑性流动。这种方法比有限元法中通常采用的“离散集成法”更为准确、合理。即使模拟静态系统，也采用动态运动方程进行求解，这使得 FLAC/FLAC3D模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍。 采用显式差分法求解微分方程。对显式法来说，非线性本构关系与线性本构关系并无算法上的差别，根据已知应变增量，可很方便地求得应力增

23、量、不采矿工程数值分析与应用8平衡力并跟踪系统的演化过程。此外，由于显式法不形成刚度矩阵，每一时步计算所需内存很小，因而使用较少的内存就可以模拟大量的单元，特别适于在微机上操作。在大变形问题的求解过程中，由于每一时步变形很小，因此可采用小变形本构关系，将各时步的变形叠加，得到大变形。这就避免了推导并应用大变形本构关系时所遇到的麻烦，也使得它的求解过程与小变形问题一样。 3.2.3 FLAC/FLAC3D 的求解流程 采用 FLAC/FLAC3D 进行数值模拟时，有三个基本部分必须指定，即：有限差分网格；本构关系和材料特性；边界和初始条件。 网格用来定义分析模型的几何形状；本构关系和与之对应的材

24、料特性用来表征模型在外力作用下的力学响应特性；边界和初始条件则用来定义模型的初始状态（即边界条件发生变化或者受到扰动之前，模型所处的状态） 。 在定义完这些条件之后，即可进行求解获得模型的初始状态；接着，执行开挖或变更其它模拟条件，进而求解获得模型对模拟条件变更后作出的响应。图 1-1 给出的是 FLAC/FLAC3D 的一般求解流程。 对于多单元模型复杂问题，如动力分析、多场耦合分析等的模拟，可以按这一求解流程，先采用简单模型（单元数较少的模型）观察类似模拟条件下的响应，接着再进行复杂问题的模拟以使之更有效率。 3.3 FLAC/FLAC3D 的应用范围 尽管最初开发 FLAC 是用于岩土工

25、程和采矿工程的力学分析，但由于该软件具有很强的解决复杂力学问题的能力，因此，FLAC 及其扩展软件 FLAC3D 的应用范围现已拓展到土木建筑、交通、水利、地质、核废料处理、石油及环境工程等领域，成为这些专业领域进行分析和设计不可或缺的工具。其研究范围主要集中在以下几个方面： 岩、土体的渐近破坏和崩塌现象的研究； 岩体中断层结构的影响和加固系统（如喷锚支护、喷射混凝土等）的模拟研究； 岩、土体材料固结过程的模拟研究； 岩、土体材料流变现象的研究； 高放射性废料的地下存储效果的研究分析； 岩、土体材料的变形局部化剪切带的演化模拟研究； 岩、土体的动力稳定性分析、土与结构的相互作用分析以及液化现象

26、的研采矿工程数值分析与应用9究等。 图 1-1 FLAC/FLAC3D 的一般求解流程采矿工程数值分析与应用103.4 FLAC/FLAC3D 的不足 毋庸置疑，FLAC/FLAC3D 是十分优秀的岩土工程数值模拟软件，其实用性和专业性得到了广泛证实。但不可否认，FLAC/FLAC3D 尤其是 FLAC3D 也存在着诸多不足，主要集中在以下几个方面： 求解时间受网格尺寸的影响很大。 对于一般的弹塑性问题，FLAC 的求解时间大致与 N3/2（N 为单元数目）成正比，FLAC3D 求解时间大致与 N4/3 成正比。由此可以看出，FLAC/FLAC3D 对网格尺寸十分敏感，同一模型采用不同尺寸的网

27、格单元可能导致求解时间相差数倍之巨。 某些模式下的计算求解时间很长。 由于很多物理过程（如固结过程、长期动力影响、材料流变等）与时间相关，模拟时必须考虑时间效应。对于这些物理过程的时间效应，FLAC/FLAC3D均采用真实时间予以考虑，因而造成求解时间很长，在有些情况下计算时间甚至是无法令人接受的。 前处理功能较弱。 FLAC3D 对于复杂三维模型的建立仍然十分困难。尽管 FLAC3D 软件为用户提供了 12 种初始单元模型，通过连接、组合匹配这些初始单元模型可方便快捷地建立规则的三维工程地质体模型；同时，也可通过内置语言 FISH，编写命令来调整、构建特殊的计算模型，使之更符合工程实际。但是

28、，由于 FLAC3D 在建立计算模型时采用的是键入数据/命令行文件的方式，加上 FISH 语言独特的源代码表达方式，直接扼杀了一般工程技术人员运用 FLAC3D 进行工程分析的想法。即使对于有相当数值模拟经验和能力的分析人员来说，建立较复杂的地质体模型，如地形起伏大的峡谷区地质模型，也是一件费时费力的苦差。这也是造成FLAC3D 三维模拟计算周期长、难度大，制约其进一步推广应用的主要原因之一（胡斌，张倬元，等 2002；廖秋林，曾钱帮，等 2005） 。 尽管如此，FLAC/FLAC3D 的不足之处还是可以采取一定办法予以克服的。其计算时步受网格尺寸影响较大和某些模式下计算时间过长的问题，由于

29、涉及到软件内核即算法和计算效率的问题，需从算法和计算机性能上予以改进（戴荣，李仲奎等2006） ，普通用户是难以解决的。但随着算法的不断改进和完善，以及高性能计算机的普及，这些不足之处有望得到改善。至于 FLAC3D 前处理较弱的问题，普通用户即使在现有条件下也完全可以通过借助其它软件予以弥补和完善，对于这部分内容本书将单独成章予以详述。采矿工程数值分析与应用114 模型建立由于该地区煤层平均倾角为 3 度，比较小，可以近似的认为是水平地层，因此，本文将模型简化为水平地层的模型的开挖问题。以 1302N 工作面地质条件为基础，建立数值计算模型如图 2 所示。模型尺寸为 400m*500m*77

30、.24m，共划分为 22720 个单元和 25704 个节点，模型 x 轴方向为工作面倾向，y 轴为工作面的推进方向（走向） ，z 轴方向为铅锤向上，模型四周为固定边界条件，上边界为自由边界条件，施加 16.6Mpa 压应力载荷，沿模型 x、y 方向施加16.6Mpa 的压应力载荷模拟水平应力。FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Mineapolis, MN USASetings: Model Perspective21:16:47 Thu Jan 02 2014Center: X: 2.00e+02 Y: 2.50e+02Z: -7.045e+02

31、Rotation: X: 5.00 Y: 0.00Z: 0.00Dist: 1.359e+03 Mag.: 2.4Ang.: 2.50Block Group岩岩岩1岩岩3岩岩岩岩岩岩岩2岩岩岩图 2 模型采矿工程数值分析与应用125 参数确定所涉及的岩体的具体参数见表 5-1表 5-1 所用岩体的力学参数岩层 密度(kg/m3)体积模量（GPa ）剪切模量（GPa ）粘结力（MPa ）抗拉强度（MPa）摩擦角（ ）细砂岩 1 2660 9.97 11 6 12 44泥岩 2490 5.5 4 4 1 40 3 煤 1400 2.3 1.5 5.46 3 42粉砂岩 2600 3.9 3.0 2

32、 1.7 40细砂岩 2 2700 10.0 7.5 6.0 12 41粗砂岩 2560 6.0 4.5 4.2 7 30采矿工程数值分析与应用136 计算过程计算过程如图 6-1 所示：图 6-1 计算过程图采矿工程数值分析与应用147 结果分析7.1 开挖后工作面的位移当工作面沿推进方向推进 25 米后，在 20 米处其垂向应力分布如图 7-1 所示，其位移云图上，在工作面中底板处位移值中最小，基本无变化，而工作面顶板中部变形最大，并向两端逐渐减小，呈现一个下凹的弧形， 。FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Mineapolis, MN USAS

33、tep 16297 Model Perspective17:06:1 Fri Jan 03 2014Center: X: 2.00e+02 Y: 2.50e+02Z: -7.045e+02Rotation: X: 0.00 Y: 0.00Z: 0.00Dist: 1.356e+03 Mag.: 1.95Ang.: 2.50Plane Origin: X: 1.50e+02 Y: 2.00e+01Z: 7.320e+02Plane Orientation: Dip: 90.00 D: 0.00Contour of Z-Displacement Plane: on Magfac = 0.00e+0

34、00.00e+00 to 1.00e-02 1.00e-02 to 2.00e-02 2.00e-02 to 3.00e-023.00e-02 to 4.00e-02 4.00e-02 to 5.00e-02 5.00e-02 to 6.00e-026.00e-02 to 7.00e-02 7.00e-02 to 8.00e-02 8.00e-02 to 9.00e-029.00e-02 to 1.00e-01 1.00e-01 to 1.100e-01 1.100e-01 to 1.1217e-01Interval = 1.0e-02图 7-1 沿推进方向 20 米处的剖面上垂直位移云图当工

35、作面沿推进方向推进 50 米后，在 45 米处其垂向应力分布如图 7-2 所示，其位移云图上，在工作面中底板处位移值中最小，基本无变化，而工作面顶板中部变形最大，并向两端逐渐减小，呈现一个下凹的弧形，中间顶部出现最大位移,并且比图 7-1 的位移大。采矿工程数值分析与应用15FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Mineapolis, MN USAStep 17297 Model Perspective17:23:3 Fri Jan 03 2014Center: X: 2.00e+02 Y: 2.50e+02Z: -7.045e+02Rotation:

36、 X: 0.00 Y: 0.00Z: 0.00Dist: 1.356e+03 Mag.: 1.95Ang.: 2.50Plane Origin: X: 1.50e+02 Y: 4.50e+01Z: -7.320e+02Plane Orientation: Dip: 90.00 D: 0.00Contour of Z-Displacement Plane: on Magfac = 0.00e+000.00e+00 to 2.00e-02 2.00e-02 to 4.00e-02 4.00e-02 to 6.00e-026.00e-02 to 8.00e-02 8.00e-02 to 1.00e-

37、01 1.00e-01 to 1.200e-011.200e-01 to 1.2439e-01 Interval = 2.0e-02图 7-2 沿推进方向 45 米处的剖面上垂直位移云图当工作面沿推进方向推进 75 米后，在 70 米处其垂向应力分布如图 7-3 所示，其位移云图上，在工作面中底板处位移值中最小，基本无变化，而工作面顶板中部变形最大，并向两端逐渐减小，呈现一个下凹的弧形,中间顶部出现最大位移，较图 7-2 的位移更大。采矿工程数值分析与应用16FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Mineapolis, MN USAStep 18297

38、 Model Perspective17:32:53 Fri Jan 03 2014Center: X: 2.00e+02 Y: 2.50e+02Z: -7.045e+02Rotation: X: 0.00 Y: 0.00Z: 0.00Dist: 1.356e+03 Mag.: 1.95Ang.: 2.50Plane Origin: X: 1.50e+02 Y: 7.00e+01Z: -7.320e+02Plane Orientation: Dip: 90.00 D: 0.00Contour of Z-Displacement Plane: on Magfac = 0.00e+000.00e+

39、00 to 2.00e-02 2.00e-02 to 4.00e-02 4.00e-02 to 6.00e-026.00e-02 to 8.00e-02 8.00e-02 to 1.00e-01 1.00e-01 to 1.200e-011.200e-01 to 1.3485e-01 Interval = 2.0e-02图 7-3 沿推进方向 70 米处的剖面上垂直位移云图当工作面沿推进方向推进 100 米后，在 95 米处其垂向应力分布如图 7-4 所示，其位移云图上，在工作面中底板处位移值中最小，基本无变化，而工作面顶板中部变形最大，并向两端逐渐减小，呈现一个下凹的弧形,中间顶部出现最大位

40、移，较图 7-3 的位移更大。采矿工程数值分析与应用17FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Mineapolis, MN USAStep 19297 Model Perspective17:41:59 Fri Jan 03 2014Center: X: 2.00e+02 Y: 2.50e+02Z: -7.045e+02Rotation: X: 0.00 Y: 0.00Z: 0.00Dist: 1.356e+03 Mag.: 2.4Ang.: 2.50Plane Origin: X: 1.50e+02 Y: 9.50e+01Z: -7.320e+02P

41、lane Orientation: Dip: 90.00 D: 0.00Contour of Z-Displacement Plane: on Magfac = 0.00e+000.00e+00 to 2.00e-02 2.00e-02 to 4.00e-02 4.00e-02 to 6.00e-026.00e-02 to 8.00e-02 8.00e-02 to 1.00e-01 1.00e-01 to 1.200e-011.200e-01 to 1.400e-01 1.400e-01 to 1.4093e-01 Interval = 2.0e-02图 7-4 沿推进方向 95 米处的剖面上

42、垂直位移云图7.2 开挖后工作面的垂直应力的分布当工作面沿推进方向推进 25 米后，在 20 米处其垂向应力分布如图 7-5 所示，其应力云图上，应力由 6.9755e6 Pa 至 2.208e7Pa，在工作面中部的顶底板处应力值中最小，而向周围呈环带状分布，并在工作面两端处出现最大值。采矿工程数值分析与应用18FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Mineapolis, MN USAStep 16297 Model Perspective16:54:57 Fri Jan 03 2014Center: X: 2.00e+02 Y: 2.50e+02Z:

43、 -7.045e+02Rotation: X: 0.00 Y: 0.00Z: 0.00Dist: 1.356e+03 Mag.: 1.95Ang.: 2.50Plane Origin: X: 1.50e+02 Y: 2.00e+01Z: 7.320e+02Plane Orientation: Dip: 90.00 D: 0.00Contour of SZ Plane: on Magfac = 0.00e+00Gradient Calculation 6.975e+06 to 8.00e+06 8.00e+06 to 1.00e+071.00e+07 to 1.200e+07 1.200e+07

44、 to 1.400e+07 1.400e+07 to 1.600e+071.600e+07 to 1.800e+07 1.800e+07 to 2.00e+07 2.00e+07 to 2.0208e+07Interval = 2.0e+06图 7- 5 沿推进方向 20 米处的剖面上垂直应力分布云图当工作面沿推进方向推进 50 米后，在 45 米处其垂向应力分布如图 7-6 所示，其应力云图上，应力由 8.3285e6 Pa 至 2.1260e7Pa，在工作面中部的底板处应力值中最小，在顶板处出现两个应力较小的点，然后向周围呈环带状分布，在上部出现马鞍状形态，并在工作面两端处出现最大值。采矿

45、工程数值分析与应用19FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Mineapolis, MN USAStep 17297 Model Perspective17:19:54 Fri Jan 03 2014Center: X: 2.00e+02 Y: 2.50e+02Z: -7.045e+02Rotation: X: 0.00 Y: 0.00Z: 0.00Dist: 1.356e+03 Mag.: 1.95Ang.: 2.50Plane Origin: X: 1.50e+02 Y: 4.50e+01Z: -7.320e+02Plane Orientation

46、: Dip: 90.00 D: 0.00Contour of SZ Plane: on Magfac = 0.00e+00Gradient Calculation 8.3285e+06 to 1.00e+07 1.00e+07 to 1.200e+071.200e+07 to 1.400e+07 1.400e+07 to 1.600e+07 1.600e+07 to 1.800e+071.800e+07 to 2.00e+07 2.00e+07 to 2.1260e+07 Interval = 2.0e+06图 7-6 沿推进方向 45 米处的剖面上垂直应力分布云图当工作面沿推进方向推进 75

47、 米后，在 70 米处其垂向应力分布如图 7-7 所示，其应力云图上，应力由 8.9276e6 Pa 至 2.2046e7Pa，在工作面中部的底板处应力值中最小，在顶板处应力较底板高一些，然后向周围呈环带状分布，在上部出现马鞍状形态，并在工作面两端处出现最大值。采矿工程数值分析与应用20FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Mineapolis, MN USAStep 18297 Model Perspective17:37:25 Fri Jan 03 2014Center: X: 2.00e+02 Y: 2.50e+02Z: -7.045e+02Ro

48、tation: X: 0.00 Y: 0.00Z: 0.00Dist: 1.356e+03 Mag.: 1.95Ang.: 2.50Plane Origin: X: 1.50e+02 Y: 7.00e+01Z: -7.320e+02Plane Orientation: Dip: 90.00 D: 0.00Contour of SZ Plane: on Magfac = 0.00e+00Gradient Calculation 8.9276e+06 to 1.00e+07 1.00e+07 to 1.200e+071.200e+07 to 1.400e+07 1.400e+07 to 1.600

49、e+07 1.600e+07 to 1.800e+071.800e+07 to 2.00e+07 2.00e+07 to 2.200e+07 2.200e+07 to 2.2046e+07Interval = 2.0e+06图 7-7 沿推进方向 70 米处的剖面上垂直应力分布云图当工作面沿推进方向推进 100 米后，在 95 米处其垂向应力分布如图 7-8 所示，其应力云图上，应力由 9.1151e6 Pa 至 2.2029e7Pa，在工作面整体呈现马鞍形状，底板的靠近两端的四分之一处的地方应力值较小，而地板中部应力值增加了一些，在工作面两端出现应力集中。采矿工程数值分析与应用21FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Mineapolis, MN USAStep 19297 Model Perspective17:45:53 Fri Jan 03 2014Center: X: 2.00e+02 Y: 2.50e+02Z: -7.045e+02Rotation: X: 0.00 Y: 0.00Z: 0.00Dist: 1.356e+03 Mag.: 1.95Ang.: 2.50Plane Origin: X: 1.50e+02 Y: 9.50e+01Z