midas数值模拟软件应用

某露天煤矿4-4剖面边坡稳定性分析与沿走向开采

的数值模拟

1概况

以实测4-4剖面为分析对象（如图1），根据钻孔资料确定上覆岩层属性，建立数值模拟分析模型，模型走向长300m、倾向234.17 m、高度为117.975m，模拟计算时需要考虑排土场附加荷载的影响。排土场高15.414m，其坡角35°，距离露天坡肩距离30m。具体各层参数如表1.

图1 实测4-4剖面分布图

表1岩体力学参数表

岩性

密度/

103kg/m3

内摩擦角/°

凝聚力

/kPa

泊松比

弹性模量

/MPa

抗压强度/

MPa

表土 1.58 24 14 0.23 31.5

砂岩 2.537 33 111 0.25 5000 2.43 泥岩 2.314 34 52 0.35 1250 1.09 煤 1.45 32.7 201 0.30 1200

2二维数值模型

排土场高15m，其坡角35°，距离露天坡肩距离30m。二维模型共有1580个节点，1239个单元（如图2）。破坏判据采用莫尔-库仑准则。

2.1 二维网格划分

图2 4-4剖面二维数值模型

2.2 二维模型稳定性分析

2.2.1 稳定系数：1.3875

2.2.2 位移及应力云图如图2.2.2（a）、（b）

图2.2.2（a）4-4剖面Z方向位移变化色谱图

图2.2.2（b）4-4剖面Z方向应力变化色谱图

3三维模型

三维模型共有24692个节点，29736个单元（如图3）。破坏判据采用莫尔-库仑准则。模型参数取表1。沿走向开挖10步，前3步20m，中间4步10m，后3步20m，共开挖160m。

图3 4-4剖面三维数值模型

3.1第一步开挖

3.1.1位移云图

3.1.2应力云图

图3.1.2(a)开采20m后4-4剖面Z方向应力变化色谱图

图3.1.2(b) 开采20m后4-4剖面XZ平面剪应力变化色谱图3.2第二步开挖

3.2.1位移云图

3.2.2应力云图

图3.2.2(a)开采40m后4-4剖面Z方向应力变化色谱图

图3.2.2(b) 开采40m后4-4剖面XZ平面剪应力变化色谱图3.3第三步开挖

3.3.1位移云图

3.3.2应力云图

图3.3.2(a)开采60m后4-4剖面Z方向应力变化色谱图

图3.3.2(b) 开采60m后4-4剖面XZ平面剪应力变化色谱图3.4第五步开挖

3.4.1位移云图

3.4.2应力云图

图3.4.2(a)开采80m后4-4剖面Z方向应力变化色谱图

图3.4.2(b) 开采80m后4-4剖面XZ平面剪应力变化色谱图3.5第七步开挖

3.5.1位移云图

2.8.2应力云图

图3.5.2(a)开采100m后4-4剖面Z方向应力变化色谱图

图3.5.2(b) 开采100m后4-4剖面XZ平面剪应力变化色谱图3.6第九步开挖

3.6.1位移云图

3.6.2应力云图

图3.6.2(a)开采140m后4-4剖面Z方向应力变化色谱图

图3.6.2(b) 开采140m后4-4剖面XZ平面剪应力变化色谱图

4 结论

由边坡稳定性分析可知，现状边坡安全系数Fs=1.3875，处于安全状态，通过沿走向开采的数值模拟，可知，随着开采宽度的不断增加，上覆岩体的变形不断加大。在开采过程中，最大沉降值可达8m多，变形波及到地表面。因此，在

工作面推进过程中应对前方边坡进行治理，以保证井下作业的安全。