FLAC3D一个采煤工作面的模拟

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工作面超前支承压力分布规律数值模拟分析

工作面超前支承压力分布规律数值模拟分析摘要：运用FLAC3D数值模拟软件分析了工作面超前支承压力分布规律，为矿井合理加强超前支护，规避危险提供了理论依据。

关键词：超前支承压力支承压力峰值FLAC3D1.引言煤层开采过程中，采场围岩体必然出现应力重新分布，一般将改变后的垂直应力增高部分称为支承压力。

在支承压力的作用下煤体受压发生变形、破坏，影响工作面的安全生产，在放顶煤开采中这种影响会变得更加突出，它会影响顶煤放出率、冒顶、采场支护等[1-2]。

若能有效确定超前支承压力影响范围，适当加强超前支护，及时处理安全隐患，可实现矿井经济、安全生产。

本文运用FLAC 3D数值模拟软件软件分析一般开采条件下，工作面超前支承压力分布规律。

2.数值模拟模型的创建设计FLAC 3D数值模拟模型尺寸为220×1×120 m（长×宽×高），模型内开切眼位于x=160 m处，模型由19层煤岩层构成，网格均一划分，共划分13200个单元体，26862个节点。

开采时煤岩体视为无限边界条件，固取模型边界条件为：模型顶部为应力边界条件，模型顶部泥岩实际埋深323.46 m，取平均岩体容重γ=25 kN/m3，以大小为8.09 MPa的均布荷载模拟上覆岩层产生的自重应力；模型整体y方向为位移约束条件（Xy=0），模型左右两侧面为单向位移约束条件（Xx=0），模型底边界亦为位移条件（Xx=0、Xy=0、Xz=0）。

材料模型选取适于岩土开挖的摩尔-库仑模型，运算时在煤层上部沿走向布置测线，监测煤层垂直应力。

模型所需的材料属性参数根据以往实验室测得的数据和前人在模拟实验中所选取的合理参数赋值。

3.数值模拟结果分析将工作面推进4 m、20 m、40 m、60 m时的垂直应力与初始平衡时的垂直应力相比得到工作面前方垂直应力集中系数随距工作面的距离变化的曲线，如图1.1所示。

由图1.1可得：工作面推进4m时，煤壁前方0-5 m范围为卸压区，5-20 m范围为增压区，其中9 m处垂直应力达到峰值应力12.91 Mpa，应力集中系数1.32，20 m以远范围垂直应力基本等于原岩应力；工作面推进20 m时，煤壁前方0-5 m范围为卸压区，5-46 m范围为增压区，其中13 m处垂直应力达到峰值应力17.41 Mpa，应力集中系数1.78，46 m以远范围垂直应力基本等于原岩应力；推进40 m时，煤壁前方0-5 m范围为卸压区，5-64 m范围为增压区，其中15 m处垂直应力达到峰值应力21.64 Mpa，应力集中系数2.22，64 m以远范围垂直应力基本等于原岩应力；工作面推进60 m时，煤壁前方0-5 m范围为卸压区，5-70 m范围为增压区，其中17 m处垂直应力达到峰值应力25.09 Mpa，应力集中系数2.57，70 m以后垂直应力基本等于原岩应力。

FLAC3D数值模拟在采矿工程的应用

一个多面体可能有5个、6个、7个或8个网格点，主要取决于多
面体的形状。给定每个节点的x，y和z值这样就具体确定了有限
差分单元，。其他叫法有：节点，交点。
有限差分栅格（Finite Difference Grid）……有限差分
网格是研究区域中一个或多个通过物理边界连接的有限差分单
元的集合。另一个叫法是网格，有限差分网格也可以标识出模
岩土力学/岩石力学分析，例矿体滑坡、煤矿开采沉陷预测、水利枢纽岩体稳定性分析、采矿巷道稳定性研究等
岩土工程、采矿工程、水利工程、地质工程
特色：
大应变模拟完全动态运动方程使得FLAC3D在模拟物理上的不稳定过
程不存在数值上的障碍显示求解具有较快的非线性求解速度
FLAC3D简介
1 承受荷载能力与变形分析：用于边坡稳定和基础设计 2 渐进破坏与坍塌反演：用于硬岩采矿和隧道设计 3 断层构造的影响研究：用于采矿设计 4 施加于地质体锚索支护所提供的支护力研究：岩锚和土钉的设计 5 排水和不排水加载条件下全饱和流体流动和孔隙压力扩散研究：挡土墙结构的地下水流动和土体固结研究 6 粘性材料的蠕变特性：用于碳酸钾盐矿设计 7 陡滑面地质结构的动态加载：用于地震工程和矿山岩爆研究 8 爆炸荷载和振动的动态响应：用于隧道开挖和采矿活动 9 结构的地震感应：用于土坝设计 10 由于温度诱发荷载所导致的变形和结构的不稳定：高辐射废料地下埋藏的性能评价 12 大变形材料分析：用于研究粮仓谷物流动及井巷和矿洞中材料的总体流动
开始
生成网格并调整网格的形状；持续的运动和连续的物质属性；特定的边界条件和初始条件。
到达平衡状态
效果是否符合要求
作如下改变：开挖模型的物质属性
改变边界条件

基于FLAC^3D的煤矿顶板突水的模拟分析

0引言国内大多数煤矿的地质和水文环境比较复杂，随着煤矿的开采，开采的深度逐渐加深，由于地质和水患而引发的断层、地陷、井下突水等危害，致使煤矿事故频发，严重影响了煤矿的正常的开采。

据统计，全国40%的煤矿受水患危害的影响，以小庄煤矿为研究对象，为了煤矿安全高效的生产，保证工人的人身安全，对矿井地质和水文的研究具有重大而深远的意义[1-5]。

1矿区地质水文情况小庄煤矿位于长武县内的孟村和安化的交界处的彬长矿区，小庄煤矿皱褶发育，在勘探的过程中，发现有10条小落差的断层，断层倾角35°~74°，落差0~36m，延伸长度270~1610m.导水性较差，未发现大断层[6-8]。

1.1小庄矿区水文环境小庄煤矿位于中纬带，属于高原区，冬旱夏热，年降雨量为561.4mm小于年蒸发量1547mm，平均年降雨量随地域而变化，川道小于北塬，北塬小于南塬。

1）含水层，根据勘探资料，自上而下，小庄煤矿的的含水层分为洪积层孔隙潜水含水层、裂隙潜水含水层、新近系砂卵砾含水层段、裂隙含水层、白垩系下统宜君组砾岩裂隙含水层、侏罗系中统直罗组砂岩裂隙含水层、侏罗系中统延安组煤层及其顶板砂岩含水层。

2）隔水层，根据勘探资料，自上而下，小庄煤矿的隔水层分为红土隔水层段、华池组相对隔水层、安定组泥岩隔水层、富县组隔水层。

3）充水因素，根据勘探及实际资料，小庄煤矿充水因素主要有降雨量、地表水、地下水、老窑积水等。

4）充水通道，根据勘探及实际资料，小庄煤矿充水通道主要有采动裂隙、断层带、封闭不严的钻孔等。

2小庄矿区含水层富水性分析小庄煤矿原含水层为侏罗系延安组煤系裂隙和直罗组砂岩裂隙，其富水性都比较弱，对矿井的危害性不大，但随着煤矿的开采，发育和形成了导水裂隙带，有可能造成地下水和矿井涌（突）水的危害。

2.1煤层顶板富水性分析1）含水性，忽略次要因素的影响，理论上含水层越厚，单位体积的含水层的含水量就越大。

2）涌水量，在小庄煤矿矿区不同区域，钻取5处水文孔，抽水做试验。

基于FLAC3D数值模拟的煤层群上行开采分析

基于 FLAC3D 数值模拟的煤层群上行开采分析摘要：针对近距离煤层群上行安全高效开采上部遗漏煤炭资源的问题，采用理论分析和FLAC3D数值模拟实验相结合的方法，分析了近距离煤层群上行开采的采动影响范围，模拟了煤层群下部7号煤层1377工作面和9号煤层1397工作面开采后对上部5号煤层1357工作面产生的采动影响。

通过现场工业性试验表明：在1357工作面回采时，在回风巷端头开始80m范围内倾角变化量较大，可达2°至3°，80m范围以外煤层倾角基本无变化量；回风顺槽的下沉量从停采线向切眼方向下沉量从0.2m逐渐增大到4.2m，而运输顺槽的下沉量基本未发生变化，实现上部遗漏煤炭资源的安全开采，获取良好的经济效益和社会效益。

关键词：近距离；煤层群；上行开采；采动影响；数值模拟实验中图分类号：TD 822文献标识码：A1工程概况钱家营煤矿位于河北省，井田煤系属于下统二叠系和上统石炭系，中奥陶统马家沟组石灰岩构成基底地层，厚度500m左右的煤系地层，煤系共有十几层含煤层，煤层总厚度达19.79m，含煤系数3.96%。

井田内含6层可采煤层，即煤5、煤7、煤8、煤9、煤11、煤12-1。

煤层平均厚度分别为1.42m、3.24m、1.25m、2.2m、0.78m、2.29m，煤层平均间距分别为32.56m、6.26m、10.69m、15.24m、62.09m。

目前该矿井正开采5号煤层的1357工作面，工作面范围内煤层厚度在0.4～2.4m之间，平均厚度1.4m，开切眼附近和工作面中部为薄煤层开采条件，煤层厚度小于1.3m，5号煤层整体结构简单，赋存较稳定；煤层倾角在4～10°之间，平均7°，煤层走向在N50°～70°之间。

5号煤层1357工作面倾斜下方距离32.56m为7煤层1377工作面，已回采完毕；下方距离64.75m为9煤层1397工作面，正在回采；下方12-1煤层暂无工程施工。

邓肯张本构模型在FLAC3D中的开发与实现

邓肯张本构模型在FLAC3D中的开发与实现一、本文概述随着计算机技术的不断发展和数值模拟方法的日益成熟，岩土工程领域的数值模拟分析已成为研究岩土工程问题的重要手段。

邓肯张本构模型（Duncan-Chang Constitutive Model）作为一种能够描述岩土材料非线性、弹塑性行为的本构模型，在岩土工程领域具有广泛的应用。

然而，在岩土工程数值模拟软件FLAC3D中，邓肯张本构模型并未直接内置，因此需要对其进行开发与实现。

本文旨在探讨邓肯张本构模型在FLAC3D中的开发与实现过程。

将介绍邓肯张本构模型的基本原理和特点，包括其应力-应变关系、屈服准则、硬化法则等。

然后，将详细阐述如何在FLAC3D中通过用户自定义本构模型（User-Defined Constitutive Model）接口实现邓肯张本构模型，包括模型的初始化、应力更新、应变更新等关键步骤。

还将讨论邓肯张本构模型在FLAC3D中的数值实现方法，如如何设置模型参数、如何处理模型的非线性问题等。

通过本文的研究，旨在为FLAC3D用户提供一种在岩土工程数值模拟中应用邓肯张本构模型的有效方法，也为其他岩土工程数值模拟软件的本构模型开发与实现提供借鉴和参考。

本文的研究成果将有助于提高岩土工程数值模拟的准确性和可靠性，推动岩土工程领域的数值模拟研究向更高水平发展。

二、邓肯张本构模型基本理论邓肯张本构模型（Duncan-Chang Model）是一种广泛使用的岩土工程材料本构模型，主要用于描述土的应力-应变关系。

该模型基于土的弹塑性理论，能够模拟土的非线性、弹塑性和剪胀性等行为。

邓肯张本构模型的基本假设包括土的应力-应变关系是非线性的，土的应力路径对其后续行为有影响，以及土的体积变化与其应力状态有关。

模型的核心在于其应力-应变关系的数学描述，其中包括弹性部分和塑性部分。

在弹性部分，邓肯张模型采用了切线弹性模量来描述土的弹性行为，这个模量随着应力的变化而变化，体现了土的非线性弹性特性。

基于FLAC3D的煤层底板破坏规律的数值模拟研究

Numerical Simulation Research of Mining Floor breakage Laws Base on FLAC3D
Yang Yanli, Guan Yingbin, Zhao Qiaojing, Wang Shugang
School of resource, Hebei University of Engineering, Handan, Hebei (056038) Abstract
①计算地先进性：FLAC3D 采用 ANSI C++编写，在算法和单元剖分方面，采用显式拉格朗日显性快速算法和混合-离散分区技术，能够非常准确地模拟材料的塑性破坏和流动。由于无须形成刚度矩阵，因此，基于较小内存空间就能解决大范围的三维问题。②强大地功能性：FLAC3D 软件具有一个功能强大的 3D 网格生成器，有 12 种基本形状的单元体可供选择，利用这 12 种单元体可构成任何形状的空间立体模型。同时软件自身还设计有 10 种弹塑性材料本构模型，有静力、动力、蠕变、渗流、温度五种计算模式，各种模式间可以相互耦合，可以模拟多种结构形式。此外， FLAC3D 具有强大内嵌语言 FISH 语言，用户可根据自身需要定义新的变量和函数，以便适应用户的特殊需要。③界面友好性： FLAC3D 的操作提供了命令驱动和菜单驱动两种模式。菜单驱动模式是一种用户界面友好的人机交互方式，用户可根据自己的需要，对输出到屏幕的模型以及不同图件进行旋转、缩放、移动及颜色的定制等操作，十分灵活方便。④应用范围广泛：基于 FLAC3D 的强大地功能性，使它在各个
FLAC3D is a specific software based on Lagrangian difference analysis to solve the problem of the large structural deformation.In recent years，it has extensively been applied in geologic engineering， Based an introducing the essential character， analysis step of soft FLAC3D and its application in research of mining floor breakage Laws. Keywords：FLAC3D software, numerical modeling, floor breakage

基于Flac3D的某矿山开采方案优选及应用

矿业工程黄　金ＧＯＬＤ２０２３年第１２期／第４４卷基于Ｆｌａｃ３Ｄ的某矿山开采方案优选及应用收稿日期：２０２３－０５－０９；修回日期：２０２３－０７－２６基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目（２０２３Ｊ１６４９）作者简介：张绍周（１９８９—），男，讲师，硕士，从事采矿理论及其运用教学与研究工作；Ｅｍａｉｌ：４９３６８１８２９＠ｑｑ．ｃｏｍ张绍周１，苏之品１，陈玉明２（１．昆明工业职业技术学院冶金化工学院；２．昆明理工大学国土资源工程学院）摘要：为保证某矿山安全、高效开采，根据该矿山矿体开采技术条件及矿岩物理力学性质，应用Ｆｌａｃ３Ｄ软件分别对４种开采方案不同采场结构参数进行数值模拟分析，结果表明：开采１２３５ｍ标高以上矿体时，采用采场矿房长４０ｍ，矿房间留２ｍ连续间柱，顶、底柱２ｍ的采场结构参数效果最优；开采１２３５ｍ标高以下矿体时，采用充填采矿法最优；符合矿山“安全、高效、低成本、低贫损”的开采理念。

研究成果可为该矿山的安全生产提供理论性指导。

关键词：数值模拟；开采方案；充填采矿法；采场结构参数；Ｆｌａｃ３Ｄ软件中图分类号：ＴＤ８５３．３文章编号：１００１－１２７７（２０２３）１２－００１４－０４文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１１７９２／ｈｊ２０２３１２０４引　言矿体在开采过程中引起应力二次分布及矿岩移动变形非常复杂，仅从理论方面对其进行计算分析很难客观、全面反应研究对象的变化过程，必须借助理论计算之外的其他研究手段［１－５］。

计算机模拟分析技术能很好地解决这个问题，借助计算机模拟软件能够很好地监测岩体在开挖过程中的应力、位移及其他一些物理量的变化过程。

目前，计算机模拟分析技术已经在岩土工程领域得到了广泛应用，也出现了很多研究方法和模拟软件，最具代表性的研究方法和软件包括：以Ｆｌａｃ３Ｄ软件为代表的有限差分法、以３Ｄ－σ和ＡＮＳＹＳ为代表的有限单元法、以Ｅｘａｍｉｎｅ３Ｄ为代表的边界元法、以２Ｄ－Ｂｌｏｃｋ和ＵＤＥＣ为代表的离散元法及其他一些研究方法，如流形元法、不连续变形分析法等［６－９］。

FLAC3D数字模拟分析在急倾斜软底综采工作面开采安全防护设计中的运用

FLAC3D数字模拟分析在急倾斜软底综采工作面开采安全防护设计中的运用1. 引言1.1 研究背景急倾斜软底综采工作面是煤矿生产中常见的一种采矿工作面类型，具有工作面顶板厚度薄、倾角陡、软弱岩层易塌等特点。

在采矿过程中，急倾斜软底综采工作面存在着较大的安全隐患，容易发生顶板坍塌、支护破坏等事故。

将FLAC3D数字模拟分析技术应用于急倾斜软底综采工作面的安全防护设计中，对于提高工作面的安全性，减少事故发生具有重要的意义。

本研究旨在探讨FLAC3D数字模拟分析在急倾斜软底综采工作面开采安全防护设计中的运用，为矿山生产安全提供参考依据。

1.2 研究意义急倾斜软底综采工作面是煤矿开采中常见的一种采煤工作面形式，具有煤层倾角大、地压大、岩层易变形等特点，工作面安全问题备受矿山生产管理者的关注。

在工作面的开采过程中，往往会遇到岩层崩塌、地压灾害等安全隐患，这不仅会导致人员伤亡，还会影响矿山的正常生产。

对急倾斜软底综采工作面的安全防护设计进行研究具有非常重要的意义。

通过对该工作面进行数字模拟分析，可以真实地模拟出施工过程中岩层的变形和破坏情况，为设计合理的安全措施提供科学依据。

数字模拟分析可以帮助预测工作面可能出现的危险情况，及时采取相应的应对措施，保障矿山生产的安全和稳定。

本研究旨在探讨FLAC3D数字模拟分析在急倾斜软底综采工作面开采安全防护设计中的应用，为矿山生产管理者提供更加科学、有效的安全措施，以确保矿山生产安全，保障工人的生命财产安全。

【研究意义】1.3 研究目的研究目的是通过对急倾斜软底综采工作面进行FLAC3D数字模拟分析，探讨在开采过程中可能发生的地质灾害及其危害机理，为设计合理的开采安全防护方案提供科学依据。

具体目的包括：1. 分析工作面周围岩层的力学特性，预测可能出现的岩体位移、倾倒和坍塌等情况，为采矿区域的稳定性评价提供依据；2. 通过FLAC3D模拟，研究采场开采过程中可能导致的应力变化及岩体变形规律，为制定合理的支护设计提供参考；3. 基于FLAC3D模拟结果，分析不同开采方案对工作面稳定性和安全性的影响，为优化采矿方案和加强安全防护提出建议；4. 总结FLAC3D数字模拟分析在急倾斜软底综采工作面开采安全防护设计中的应用效果，为矿山生产安全提供技术支持和参考依据。

用FLAC 3D实现综放工作面三维矿压模拟的探讨

炭回收率、煤柱的合理留设、综放采场周围巷道的合理布
置、液压支架的选型提供理论依据。
ｌ问题的提出
１１综放工作面的特殊性．
综放工作面与一般的一次采全高以及分层开采相比，顶煤及部分直接顶是以散体的形式破碎放出，但也不是全
摘
要：综采放顶煤工作面由于围岩由离散体和连续体共同组成，使对工作面的三维确切模
拟存在很大的技术难点，论文以ＦＡ３ＬＣＤ软件和它的内置语言ＦＳ为技术平台，以散体放矿模ＩＨ
拟理论为理论支持，构建了三维放煤仿真模型，并通过简单的工作面模拟证明放煤仿真模型在综
式（）算。１计
１２软件的选取．
ＦＡ程序可以模拟材料的屈服、塑性流动、软化直ＬＣ至大变形，尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有独到的优点。尽管ＦＡ具有强大的ＬＣ功能，但它仍然是一个有限元软件，只能模拟连续体，如
部都放出，这一部分的余煤及跨落的直接顶，对工作面的
矿压是有影响的，工作面的围岩大部分还是处于连续状态，
下移填补，九块中哪一模块下移，由其自身的概率密度值及随机模拟过程中产生的随机数决定；模块与空位的距离
因而综放工作面支架的施力体由散体和连续体共同构成，这样综放工作面的矿压模拟及分析就具有了自身的特殊性，而这个特殊性使得一般的数值模拟软件很难对综放工作面

大埋深工作面沿空留巷煤柱的FLAC3D数值模拟分析

宽煤柱相比煤柱承载力明显增强,巷道围岩承载
力也明显增强，煤柱内出现弹性变形区而非全是塑性破坏;留设6m煤柱时,模型煤柱中的弹性变形区进一步增大，应力峰值，仍为25MPa,模型中
实体煤侧的垂直应力峰值45MPa,6m模型煤应力分布类似于留设5m煤柱时的情形，说明6m宽煤柱受压后完整性高于5m宽煤柱，塑性破坏相对较
少,但两种煤柱承载力峰值大体一致。
3结论经过数值模拟计算分析，煤柱3m时承载力低，说明煤柱出现塑性破坏;煤柱4m时承载力明显提高，说明4m煤柱有一定承载能力;煤柱宽3m ~5m时，煤柱模型的垂直应力峰值，随煤柱加宽而快速增加;煤柱模型宽5m ~6m时，模型中煤柱
(上接第82页) 10mm分级已经达到弹性杆的极限。
关键词:FLAC3 D ；数值模拟；高地应力;留巷煤柱
中图分类号:F406.3；TD822.3 文献标志码：B 文章编号：1008 -0155（2019）07 -0136 -02
在大埋深工作面沿空留巷过程中，煤柱的设计是安全生产的关键，但传统的理论计算缺乏直观性，不能直观反映煤柱的应力分布及破坏过程, 而计算机数值模拟较好地解决了这一难题。本文以1000m埋深某矿27304工作面为研究对象，通
征研究[J].煤炭学报,1998,23(5):466-489. [4] 钱鸣高，等.煤矿绿色开釆技术[J].中国矿业大学
学报,2003,32(4) ：343 - 348.
研究[J].煤炭科学技术,2016,(9).
[2] 李蒙.临涣选煤厂(西区)提质增效工程改造[J].
山东工业技术,2016,(15).
土甲:峯"I*"彳乍1^1
沿空留巷煤柱的FLAC3D数值模拟分析
王健方帅（山东新查庄矿业有限责任公司，山东泰安271600）

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1 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，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35°05′～35°30′，东经115°47′～116°18′，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5.1亿吨，设计生产能力600万吨/年，设计服务年限82年。

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13.5°C；年均降水量655mm；无霜期平均213天；年日照时数2329.2-2578.3小时。

Hoek_Brown强度准则在FLAC_3D_数值模拟中的应用

第3期
展国伟等: H oek- Brow n 强度准则在 F LA C3D 数值模拟中的应用
367
则在模拟破坏岩体中的不足[ 3] . 同时, 根据大量岩石力学实验证实, Mo hr- Coulomb 准则不能动态地反映岩体破坏时的力学行为, 在工程模拟中存在一定的局限性, 而 H o ek- Brow n 强度准则能较为准确地反映煤岩体在采动影响时内聚力和内摩擦角的动态变化, 以此为本文的切入点, 将 H o ek- Brow n 强度准则应用于 F L A C3D 中, 弥补 Mo hr- Coulomb 准则的不足, 使模拟结果更符合实际情况.
体中的应用不足. H oek- Bro w n 强度准则表达式[ 4-8] 为
1 = 3+
m
c
3+
s
2 c
,
( 3)
式中: 1 , 3 分别为岩体破坏时的最大、最小主应
力; c 为岩体块单轴抗压强度; m, s 均为经验参数,
m 反映岩石的坚硬程度, 其取值范围在
0. 000 000 1~ 25 之间, s 反映岩体破坏程度, 其取
值范围在 0~ 1 之间.
如果令
3 = 0.
代入到式( 3) 中, 便可以得到岩体的单轴抗压
强度 cmass
= cmass s c .
( 4)
当 1= 0 时, 便可以得到岩体的单轴抗拉强度
tm as s
= tmass
1 2
c
m-
m2 + 4s .
( 5)
根据 H oek- Brow n 强度包络线
4 算例分析
4. 1 大柳塔矿 1203 综采工作面概况 1203 综采工作面是大柳塔煤矿正式投产的第

基于FLAC3D的开采地表沉陷数值模拟分析

该模型垂直高度为 420 m，长为 450 m，宽为 200 m。工作面沿回采方向长为 145 m，左侧与地表距离为 336 m，右侧与地表距离为 410 m，倾角为 9毅。分析工作面分别向前推进 50 m，100 m，150 m
收稿日期：圆园18原07原08曰修回日期：圆园18原08原08 作者简介：舒自航（1995-），男，安徽六安人，在读硕士，主要从事矿山开采沉陷数值模拟研究，E-mail：519655387@。
内聚力 /MPa 0.02 2.78 5.00 2.16 3.75 2.45 4.00 0.73 1.25 2.75 1.00 5.20
内摩擦角 /（毅） 15.0 38.0 34.0 36.0 38.0 40.0 37.0 31.0 32.0 38.0 28.0 37.6
容重 /（kN·m-3）
18.0 24.60 25.60 25.10 24.60 25.60 25.80 25.60 13.80 24.60 14.00 27.21
应用技术 Applied Technology
文章编号：1674-9146渊圆园18冤09原园090原园2
基于 FLAC3D 的开采地表沉陷数值模拟分析
舒自航
（安徽理工大学测绘学院，安徽淮南 232001）
摘要：为了探究 FLAC3D 数值分析软件在矿区地表沉陷中的应用，减少采动损害，采用 FLAC3D 软件对矿区工作面开采所导致的地表垂直沉陷位移进行了预测，发现随着 11111 工作面开挖距离的推进，地表垂直沉陷位移增大速率先慢后快，最终在地表形成沉陷盆地。预测结论与工作面地表现场控制点实际观测得到的数据进行对比分析，结果证明：通过软件所建立的 FLAC3D 三维模型模拟 11111 工作面开挖得到的垂直沉陷位移数据，与现场控制点实际观测得到的垂直沉陷位移数据相比，所反映的地表开采沉陷规律基本相同。关键词：地表沉陷；垂直沉陷位移；模拟开挖；FLAC3D 中图分类号：TD325 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.09.090

基于FLAC3D数值模拟的煤矿掘进巷道优化支护设计

基于FLAC 3D数值模拟的煤矿掘进巷道优化支护设计摘要：煤矿掘进巷道的顶板支护是煤巷安全管理的重点，如何合理优化支护设计，做好顶板安全管理是煤巷管理人员的工作重心。

本文从笔者的工作实际出发，通过观察现场地质条件，制定优化支护设计技术措施，并优化支护设计方案，结合FLAC 3D数值模拟技术，设计出更为合理的支护方式。

关键词：FLAC 3D；数值模拟；支护设计一、优化支护设计技术措施依据某工作面地质力学评估与巷道围岩变形分析结果提出以下支护优化方向。

1、顶板采用预应力锚索全长锚固技术由于顶板发生离层的位置主要在顶板软弱夹层，加上锚索预紧力大且延伸率低，使锚索受力高，易发生破断现象。

预应力锚索全长锚固技术，是在原中空注浆锚索的基础上进行了改进升级，它采用专用的无机复合锚固材料和高压注浆设备进行施工。

锚索先在迎头进行树脂端锚[1]，不用封孔，张拉预紧施加预应力，滞后通过锚索的中空结构注入无机复合锚固材料，当孔口流出无机锚固剂时停止注浆实现锚索的全长锚固。

采用该项支护技术的优点是顶板锚杆和锚索全部实现了全长锚固，锚杆、锚索同步承载，协调一致。

全长锚固锚索与端锚锚固锚索相比，提高了锚索的抗剪切能力和系统的刚性，消除了端锚锚索在非锚固段应力集中，将载荷进行了分散，也消除了锚索断裂弹出的现象。

围岩变形控制效果好，可降低锚索的支护密度，提高施工速度。

2、巷帮底角下扎45°锚杆控制底鼓底角锚杆的可起到三方面的作用：（1）底角锚杆将限制底角处岩层向巷道内发生水平位移，随着底板的松动及变形，底板上的水平应力也将逐渐传递到底角锚杆上。

这种情况下，底板岩石受的应力较无底角锚杆时会小很多，从而底板岩石不易发生破坏。

（2）施工底角锚杆有利于底板水平应力向底板深部转移，起到一定的卸压作用。

施加45°的底角锚杆，底板岩层承担水平应力将降低，水平应力将向深部转移，也有利于底板的稳定。

（3）施加底角锚杆有利于巷帮的稳定。

陕北某煤矿工业场地黄土高边坡FLAC3D模拟分析

陕北某煤矿工业场地黄土高边坡FLAC3D 模拟分析作者：李明柴卓刘晓玲王念秦来源：《城市建设理论研究》2013年第01期摘要：通过对陕北某煤矿工业场地黄土高边坡进行详细勘察和大量取样分析，获得一系列有用的边坡岩土工程参数。

在分析黄土高边坡可能破坏类型及相应机理的基础上，在ANSYS 中建立坡体的数值模拟模型，经过转换将模型导入FLAC3D进行后处理，对开挖后黄土高边坡的塑性变形进行了模拟分析，得到了一些有意义的结果。

关键字：黄土高边坡变形FLAC 3D模拟分析中图分类号：X752文献标识码：A文章编号：1 工程概况陕北某煤矿工业场地由于建设需要开挖斜坡形成黄土高陡边坡。

然而，由于黄土自身特点，黄土高边坡出现变形、破坏，危机工业场地及其建筑物的安全，为此，需要对其进行加固、整治。

现场调查、勘查表明，研究区黄土高边坡，沿场地宽220~250m，顺坡长约300m，最大高度约90m，坡向345°，从上到下主要由马兰黄土（Q3eol）和离石黄土（Q2eol）组成，离石黄土中夹古土壤层，坡体范围内未见基岩出露。

工业场地设计文件中，该边坡将被开挖成10级台阶状，而煤矿主斜井井口位于开挖后边坡的坡脚，其稳定性直接影响煤矿的正常开采，故有必要对该开挖后的边坡进行稳定性评价。

2 边坡可能的破坏类型及机理分析黄土具有独特的物质结构、力学性质及其所处的特殊的地理环境，使得黄土边坡常出现剥落、冲刷、落水洞、坍塌（滑塌）、崩塌、滑坡等灾害类型[1]。

经过现场详细调查、勘察，研究边坡的主要变形破坏类型为剥落、拉裂滑塌、坡面冲刷，甚至会发生整体的滑动破坏。

剥落、拉裂滑塌、坡面冲刷均为坡面变形破坏，影响范围有限，危害性不大。

此处仅讨论坡体整体滑动——滑坡的破坏机理。

研究边坡可能形成滑坡的原因主要是坡体结构，由于边坡中有多层古土壤分布，边坡开挖后，若遇强降雨，雨水入渗坡体，会使坡体强度降低，坡体容重增加，并形成动、静水压力，使得坡体稳定性大幅度降低，最后在外部振动或其他诱因的作用下发生整体破坏。

21041综采工作面数值模拟研究

21041综采工作面数值模拟研究文章通过数值软件FLAC3D对告成矿21041工作面围岩的应力分布及其变形破坏规律进行了数值模拟研究，得到了工作面开采时顶板破坏及上覆岩层运动的基本规律。

标签：数值模拟上覆岩层垮落规律1 概況郑煤集团告成矿地层主要为第四系松散层和白垩系、侏罗系、三叠系基岩，岩性较复杂，地质构造复杂程度中等，煤层顶、底板岩石力学强度低，大多为不坚固~中等坚固岩石，工程地质勘探类型为第三类（层状岩类），工程地质复杂程度为中等。

2 数值计算模型根据该矿21041工作面矿井地质资料，并考虑计算需要，确定数值计算模型，在建立力学模型过程中，考虑到模型计算时边界效应的影响，使主要研究区域处于边界效应影响的范围外，以达到更接近实际的计算结果。

21041工作面三维数值计算模型，FLAC三维模型应用Generate命令生成，尺寸为宽(X)×厚×(Y)×高(Z)=360m×80m×180m，工作面推进方向沿Y轴正方向，采用Mohr-Coulomb本构模型，应变模式采用大应变变形模式，采用brick单元模拟煤岩层，模型底部限制垂直移动，上部施加覆岩等效载荷，模型前后和侧面限制水平移动，整个模型由432000个单元组成，包括451451个节点。

应用FLAC3D建立的三维数值计算模型。

3 工作面走向岩层变形破坏特征3.1 垂直方向上的应力变化特征工作面推进20m时，其走向垂直应力特征表明，在工作面开采空间，垂直应力释放于工作面中部顶底板区，应力集中于工作面煤壁和切眼煤壁附近，应力峰值4MPa左右，随着工作面推进，顶板应力释放区域（接近零）继续沿水平和竖直方向增大，工作面前方煤壁应力峰值继续增加，该应力集中区域的范围也随着工作面推进而增大；当工作面推进至120m时，顶板零应力区域延伸至松散层底部上覆岩层，随着工作面继续推进，上覆岩层出现大范围应力释放区，说明上覆岩层发生了大范围破坏。

基于FLAC3D对煤矿地下开采中冒落带演变模拟研究

基于FLAC3D对煤矿地下开采中冒落带演变模拟研究作者：李科朱杰勇高秀来源：《价值工程》2017年第30期摘要：放顶煤采煤技术运用广泛，但在开采推进过程中，采空区会发生冒落现象。

当发生冒落时，采空区内的空气被迅速压缩，在巷道中形成强大气流，从而对井下人员造成危害。

因此，要对发生冒落的工作面推进方位进行研究预测。

本文运用FLAC3D软件，提出一种模拟冒落带演变的方法。

以安家岭井工2矿4207工作面为例，对冒落带演变进行了模拟，成功的得出了冒落带演变规律。

关键词：FLAC3D；冒落带；模拟预测；地下开采中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）30-0167-020引言在煤矿进行开采推进时，采空区经常会发生冒落现象。

当发生冒落时，垮落的岩块会压缩采空区内的气体，速度极快的气流对井下人员造成危害。

由此可见，预测冒落出现时工作面的推进方位对确保井下人员的生命安全至关重要。

1冒落现象的产生原因与过程分析1.1冒落现象的产生原因随着煤矿地下开采的不断深入，采空区内顶板岩层应力平衡被打破，并逐渐形成了新的应力状态。

当岩体中自身的承载力小于新的应力时，顶板岩层就会出现冒落现象。

最初采空区覆岩体大多沿着破裂结构面移动，随之发生冒落。

但工作面的深入推进，采空区内的冒落现象发生频率不断增加。

当岩体中冒落现象积累到一定的程度时，采空区两端岩体所承受的剪应力逐渐增大，岩体沿着剪切断面滑移，发生大规模冒落。

由于岩层的移动，岩层顶板的临空面缺少支撑，临空面附近的岩体发生了应力重分布，采空区岩体将受到采空区四周岩体的挤压作用力，上覆岩层中区域的应力或增加，或减小，形成了增压区与减压区。

1.2过程分析1.2.1工作面初次来压随着工作面的推进深入，采空区上方的岩层出现部分断裂现象，开始向采空区冒落，一般将首次出现的大规模冒落称为初次冒落，垮落岩体使工作面承受了巨大的压力，称为工作面的初次来压。

初次来压时，工作面的推进方位距开切眼煤壁的距离1。

基于FLAC3D的近距离极薄煤层开采数值模拟研究

基于FLAC3D的近距离极薄煤层开采数值模拟研究杨松;杨邦友【摘要】通过FLAC3D数值模拟软件模拟研究了近距离倾斜薄煤层开采引起的工作面上覆岩层运移形态规律。

得出:工作面回采过程中,工作面顶板受开采卸荷作用的影响,顶板出现垂直向下的卸载膨胀变形,引起顶板的离层、冒落。

底板出现垂直向上的卸荷膨胀变形,煤层顶板变形大于底板;随着工作面的不断推进,煤层回采后,工作面前后方出现应力集中现象,随着开采进行,工作面前后方支承应力是移动型支承应力;煤层回采后,地表变形逐渐增大,且最大沉降与煤层倾角有关,约在煤层中部偏采区深部一侧。

【期刊名称】《矿山工程》【年(卷),期】2019(007)001【总页数】7页(P69-75)【关键词】数值模拟;应力集中;地表沉降【作者】杨松;杨邦友【作者单位】[1]川煤集团芙蓉公司四川省叙永煤矿,四川泸州;[2]重庆大学,资源及环境科学学院,重庆;【正文语种】中文【中图分类】TD31.引言在地下开采过程中，采空区应运而生。

开采过程破坏了开采区域的原岩应力状态。

随着开采推进，采场围岩因为应力改变发生变形破坏。

采场变形破坏引起地表沉陷，进而可能会对地表建筑产生不利影响。

空区治理在矿山的安全生产中具有重大的意义。

基于拉格朗日算法的FLAC3D程序特别适合于求解岩土力学工程中非线性的大变形问题，这点是非常适合采矿工程的设计研究工作的。

张海波等[1]以石人沟铁矿为工程背景，运用FLAC3D对采空区的稳定性进行了数值模拟分析，并得到空区围岩的应力应变分布规律。

黄庆享[2]根据不同条件的浅埋煤层工作面矿压实测结果，得出了浅埋矿区顶板破断规律；武崇福等[3]通过观测采空区破坏的形式及采空区破坏的特征，为治理采空区提供了理论依据。

宋广朋等[4]分析倾斜煤层回采巷道矿压显现规律研究。

庞德等[5]通过理论分析以及FLAC3D数值模拟的方法，总结了谢桥矿煤层开采引起的覆岩和地表沉陷移动规律，为预测地表沉陷提供依据。

元宝湾矿3煤开采顶板FLAC数值模拟

43-1煤层26砂质泥岩5K4粗砂岩21砂质泥岩16泥岩6K 3粗砂岩3泥岩64煤层7泥岩12中砂岩8粗粒砂岩24砂质泥岩工程地质模型示意图模型尺寸：长420m ，高度138m ，单位宽度5m 。

开采煤层为31煤层，主要模拟采动顶板的冒裂带高度。

表地质模型各岩层物理力学参数参考数据岩石名称弹性模量（MPa ）泊松比粘聚力（MPa ）内摩擦角（°）抗拉强度（MPa ）密度（kg/m 3）泥岩 600 0.28 2 27 1.6 2100 粗粒砂岩 2600 0.20 6.8 21 5.4 2700 煤层 300 0.3 0.8 22 0.65 1700 中砂岩 2000 0.20 6.4 20 5.2 2600 砂质泥岩7000.28 2.2271.92300本次模型采用Mohr-Coulomb 本构关系。

为此，模型材料选项中需要输入密度ρ、体积模量K 、剪切模量G 、内聚力c 、内摩擦角φ以及抗拉强度σt 。

数值模拟过程中用到的参数，体积模量K 、剪切模量G ，可根据下面的公式进行换算： )21(3ν-=E K )1(2ν+=EG式中： K 为体积模量，G 为剪切模量、E 为弹性模量，v 为泊松比。

new;--------------------model------------------------------------gen zone brick p0 0 0 0 p1 420 0 0 p2 0 5 0 p3 0 0 34 size 60 1 17 gro 1 gen zone brick p0 0 0 34 p1 420 0 34 p2 0 5 34 p3 0 0 80 size 60 1 46 gro 2 gen zone brick p0 0 0 80 p1 420 0 80 p2 0 5 80 p3 0 0 138 size 60 1 29 gro 3 gro 中粗粒砂岩ran z 0 12 gro 1gro 砂质泥岩ran z 12 19 gro 1gro 4煤ran z 19 25 gro 1gro 砂质泥岩ran z 25 28 gro 1gro K3粗砂岩ran z 28 34 gro 1gro 砂质泥岩ran z 34 50 gro 2gro 3煤ran z 50 54 gro 2gro 砂质泥岩ran z 54 80 gro 2gro K4粗砂岩ran z 80 85 gro 3gro 砂质泥岩ran z 85 106 gro 3gro 粗粒砂岩ran z 106 114 gro 3gro 砂质泥岩ran z 114 138 gro 3pl bl group;-------------------岩石属性--------------------------------def setupzs_dens=2800m_dens=1400sn_dens=2580k3_dens=2780k4_dens=2780cs_dens=2780zs_fric=29m_fric=22sn_fric=20k3_fric=26k4_fric=26cs_fric=29zs_coh=7e6m_coh=1.2e6sn_coh=2e6k3_coh=3e6k4_coh=3e6cs_coh=7e6zs_dil=0m_dil=0sn_dil=0k3_dil=0k4_dil=0cs_dil=0zs_tens=34e6m_tens=1e6sn_tens=2e6k3_tens=34e6k4_tens=34e6cs_tens=24e6zs_E=3e9m_E=2e7sn_E=2e8k3_E=2e9k4_E=2e9cs_E=3e9zs_v=0.22m_v=0.32sn_v=0.26k3_v=0.24k4_v=0.24cs_v=0.23zs_bulk=zs_E/(3*(1-2*zs_v))m_bulk=m_E/(3*(1-2*m_v))sn_bulk=sn_E/(3*(1-2*sn_v))k3_bulk=k3_E/(3*(1-2*k3_v))k4_bulk=k4_E/(3*(1-2*k4_v))cs_bulk=cs_E/(3*(1-2*cs_v))zs_shear=zs_E/(2*(1+zs_v))m_shear=m_E/(2*(1+m_v))sn_shear=sn_E/(2*(1+sn_v))k3_shear=k3_E/(2*(1+k3_v))k4_shear=k4_E/(2*(1+k4_v))cs_shear=cs_E/(2*(1+cs_v))endsetupm mprop bulk zs_bulk shear zs_shear coh zs_coh fri zs_fric tens zs_tens range group 中粗粒砂岩prop bulk m_bulk shear m_shear coh m_coh fri m_fric tens m_tens range group 4煤prop bulk m_bulk shear m_shear coh m_coh fri m_fric tens m_tens range group 3煤prop bulk sn_bulk shear sn_shear coh sn_coh fri sn_fric tens sn_tens range group 砂质泥岩prop bulk k3_bulk shear k3_shear coh k3_coh fri k3_fric tens k3_tens range group K3粗砂岩prop bulk k4_bulk shear k4_shear coh k4_coh fri k4_fric tens k4_tens range group K4粗砂岩 prop bulk cs_bulk shear cs_shear coh cs_coh fri cs_fric tens cs_tens range group 粗粒砂岩 ;-------------------边界条件------------------------------------ fix z ran z -0.1 0.1 fix x ran x -0.1 0.1 fix x ran x 419.9 420.1 fix y ran y -0.1 0.1 fix y ran y 4.9 5.1apply szz -2.5e6 ran x 0 300 y 0 5 z 137.9 138.1 set grav 0 0 -9.8 hist unbalsolve ratio 1.0e-3 save ini-model.savrest ini-model.sav ini xd 0 yd 0 zd 0ini xvel 0 yvel 0 zvel 0 ini sta 0 set largem n ran x 150 270 y 0 5 z 50 54 hist unbalsolve ratio 4.0e-4 save nqw.savFLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 11419 Model Perspective 15:02:02 Wed Aug 03 2011Center:X: 2.100e+002 Y: 2.500e+000 Z: 6.900e+001Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000Dist: 1.164e+003Mag.: 1Ang.: 22.500Block StateNoneshear-n shear-p shear-ptension-n tension-p tension-p开采模型示意图开采顶板破坏高度示意图。