矿山压力“三带”

参考：

5-1N二片回采工作面采空区冒落带高地为16.84m，裂隙带高度约为19.3～23.3m。

5-3S一片回采工作面采空区冒落带高地为15.7m，裂隙带高度约为21～25m。

模板

2）工作面矿山压力数值模计算

（1）数值模拟软件简介

工作面矿山压力显现采用的是通用离散元程序（UDEC，UniverSal DiS tinct Element Cod e），该程序是一个处理不连续介质的二维离散元程序。非连续介质（如岩体中的节理裂隙等）承受静载或动载作用，所产生的响应，我们用UDEC进行细致的模拟。用离散的块体集合体来表示非连续介质。不连续面处理为块体间的边界面，这时候块体可以沿不连续面发生较大的位移和转动。块体可以是刚体或变形体。变形块体被划分成有限个单元网格，依据给定的“应力－应变”准则，对每一单元进行分析，结果显示为线性或非线性两种特性。线性或非线性“力－位移”的关系可以控制不连续面所发生的法向和切向的相对运动。在UDEC中，开发了几种材料特性模型，他们可以很好的分析完整块体和不连续面。进而去模拟不连续地质界面可能出现的典型的特性。块体系统的变形和大位移，都可以用UDEC基于“拉格朗日”算法来进行模拟。

（2）UDEC数值建模及计算

根据5-3煤层赋存条件，建立工作面走向模型图2.11所示，模型范围为150m×130m，模拟煤层厚度取4.2m。

计算模型边界条件确定如下：模型左右边界施加水平约束，即边界水平位移量为零；模型底部边界固定，即底部边界水平、垂直位移量均为零；模型顶部为自由边界。

根据金尼克理论，地壳中任意一点的垂直应力

h v γσ=，计算得到模型上部边界所受垂直应力为v σ=23.5×366=8.6MP a ，水平应力取垂直应力的 1.5倍。根据计算模型边界载荷条件如下：

工作面模型两侧施加9.44～19.52MP a 的梯度应力，顶部施加

8.6MPa ，垂直方向设定自重载荷。

具体模型见图2.11所示，建模后UDEC 计算图见图2.12所示。

图2.11 5-3S 一片回采工作面模型图

图2.12 udec 模拟计算图

5-3煤层平均厚度为4.2m 。根据本矿的实际采高，实际开采厚度为3m 。

模拟过程中工作面控顶范围取4m ，回采高度选定3m ，以循环进度0.6m 逐次开挖（回采），观测顶煤应力（压裂效应）及位移变化情况。模拟结果见图2.12～图2.13所示。

图2.13 25工作面推进31.6m时顶板冒落状态

图2.14工作面推进46.8m时顶板冒落高度

通过模拟可以看出，随着工作面的推进，顶板内部应力发生变化，当工作面推进到一定距离，上覆一定高度范围内的岩体发生屈服破坏（压裂）。随着工作面的不断推进，工作面煤层上覆岩体的冒落带、裂隙带、弯曲下沉带高度和垮落角也随之扩大。

由模拟结果图可以看出，当工作面推进31.6m时，顶板发生松动、冒落。顶板弯曲下沉，老顶初次来压，冒落带高度约13.63m，裂隙带高度约为19.4m。随着工作面的持续推进，控顶区上部顶煤持续发生屈服破坏，破坏范围向上发展。

当工作面推进46.8m时，顶板再次发生垮落，垮落高度约为15.7m，煤层垮落角约66°。随后顶板变形破坏范围和破坏形状趋于稳定，可得到顶板的周期垮落步距约为13.2m，如此持续回采，顶板随工作面推进顺序屈服破坏。