数值模拟中煤岩层物理力学参数确定的研究.pdfVIP

　第 28 卷第 6 期 煤 　　炭 　　学 　　报 Vol.28 　No.6 　 　2003 年 12 月 JOURNALOFCHINACOALSOCIETY Dec. 　 2003 　 ( ) 　　文章编号 :0253-9993 2003 06-0593-05 数值模拟中煤岩层物理力学参数确定的研究 王永秀 , 毛德兵 , 齐庆新 ( ) 煤炭科学研究总院 北京开采研究所 , 北京 100013 摘 　要 : 将数值模拟确认为相似模拟的一种 , 并在此基础上 , 结合现场观测数据和相关理论研究 成果 , 应用正交试验法 , 建立了一种用以确定数值模型中煤岩体物理力学参数的较为有效实用的 方法 , 应用此方法可以使得数值模拟参数合理化 , 使模拟结果接近真实的反映煤岩层变形和破坏 行为. 关键词 : 数值模拟 ; 煤岩体 ; 物理力学参数 ; 正交试验法 中图分类号 : TU451;O224 　　　文献标识码 :A 　　随着现代数学力学理论以及计算机技术的不断发展 , 数值模拟在工程问题求解中的应用越来越广泛 , 所发挥的作用也越来越重要. 但数值模拟在采矿领域的应用却受到了极大的制约 , 其中一个原因就是采矿 工程中研究的对象 ─—煤岩体贮存条件极为复杂 , 表现出来的物理力学性质难以简单描述. 目前通用的确 定煤岩体物理力学性质参数的方法是实验室测试法. 但煤岩体的性质 , 往往受节理 、裂隙等结构面的影 响 , 而且有时结构面对煤岩体性质的影响程度还要大于材料本身 , 以至于一般情况下 , 煤岩体与煤岩块的 性质差别很大. 经过试验对比, 一般都认为诸如弹性模量 、黏聚力和抗拉强度等煤岩体力学性质的参数取 值往往只有煤岩块相应参数值的 1/5 ～1/3, 有的差别可能更大 , 比值达到 1/20 ～1/10, 而煤岩体的泊松 比一般为煤岩块泊松比的 12～14 倍[1] . 当前 , 对采矿工程问题进行数值模拟研究时 , 煤岩体性质参数 大多数都按煤岩块的性质参数给出 , 这是绝对不合理的 , 这样处理在很多情况下得到的模拟结果将没有意 义. 少数按煤岩块的一定比例 , 如按 1/5 或 1/10 给出; 如此处理 , 在一定程度上考虑了煤岩体和煤岩块 性质的差别 , 但显然太过粗略 , 对模拟结果未必有明显的改善. 所以, 寻找一种确定煤岩体物理力学性质 参数的有效实用的方法是很必要的. 1 　岩体分类体系 　　应用科学有效的方法 , 较为合理地确定煤岩体的物理力学性质参数这一问题 , 国外许多工程技术人员 已做了相关的研究 , 许多研究都是集中于寻求在煤岩体性质参数和煤岩块性质参数之间建立一种比例关 系. 一般情况下 , 煤岩体的性质参数都要小于煤岩块的性质参数 , 所以它们的比值一般都要小于 1, 这样 就定义这个比值为减小因子. 而对于泊松比, 煤岩体的取值要比煤岩块的大 , 它们之间的比值就定义为增 大因子[2] . 　　关于煤岩体弹性模量 的减小因子的确定 , 国外学者通过试验研究 ,