煤层开采卸压裂隙场分布特征及演化规律研究.pptVIP

直接顶水平应力变化曲线 直接顶垂直应力变化曲线 单一煤层采动裂隙场的损伤分析 采空区上方不同高度垂直应力变化曲线 采场垂直应力云图 单一煤层采动裂隙场的损伤分析 推进20m时采场竖向位移云图 推进60m时采场竖向位移云图 推进100m时采场竖向位移云图 推进20m时损伤场云图 推进40m时损伤场云图 推进60m时损伤场云图 推进80m时损伤场云图 推进100m时损伤场云图 单一煤层采动裂隙场的损伤分析 双保护层采动裂隙场的损伤分析 计算模型 模型尺寸：水平方向350m，垂直方向300m，煤层倾角20°。 边界条件： 上边界自由 左右边界约束x方向速度为0 下边界约束y方向速度为0 计算参数 工作面宽200m，左右两边各留75m的煤柱，初始应力场由重力产生。 开采方案 双保护层采动裂隙场的损伤分析 7#保护层开采后采场垂直应力分布图 8#保护层开采后采场垂直应力分布图 双保护层采动裂隙场的损伤分析 7#保护层开采前后8#煤层垂直应力变化曲线 双保护层采动裂隙场的损伤分析 2#煤层垂直应力变化曲线 3#煤层垂直应力变化曲线 双保护层采动裂隙场的损伤分析 7#煤层开采后损伤场分布图 8#煤层开采后损伤场分布图 双保护层采动裂隙场的损伤分析 2#煤层透气性系数变化曲线 3#煤层透气性系数变化曲线 双保护层采动裂隙场的损伤分析 结论 本文利用损伤的大小来描述裂隙发育程度，从唯象的角度研究采动裂隙场的分布与演化规律，得到以下几点结论： （1）从弹塑性力学出发，结合损伤力学相关理论，推导出了弹性本构模型、弹塑性本构模型的基本方程，并连同损伤演化方程通过VC++将其程序化后加入UDEC。同时在前人的研究基础之上，利用UDEC中内置的FISH语言实现了透气性系数的计算函数。 （2）对单一煤层采动影响下损伤场、应力场、位移场进行了分析。研究表明：损伤场的分布形态与工作面推进的距离有一定关系，当推进度较小不能充分影响上覆岩层时损伤场分布形态为拱形，当推进度逐渐增大后逐渐变为“M”形，煤柱中的损伤则是随着开采的进行不断向远离采空区方向延伸。采空区上方为卸压区，位于卸压区内的岩体透气性较开采前会有提升，而切眼与工作面前方应力集中区的透气性则会降低。垂直位移最大值位于采空区中部并随着工作面的推进不断前移，也越来越大。 结论 （3）对双保护层开采条件下围岩的应力场、损伤场及被保护层的卸压效果、透气性进行了分析。7#煤层开采后，顶板、2#、3#煤层中卸压效果明显，并在卸压作用下出现张拉裂隙，产生了不同程度的损伤，煤层透气性明显提高。最为重要的是，作为上保护层对于8#煤层的保护作用十分明显，垂直应力降低99%以上，待开采的区域垂直应力仅为0.1MPa左右。8#煤层开采后，2#、3#煤层进一步卸压，损伤与透气性进一步增大。 谢谢！ 请各位专家批评指正！ 煤层开采卸压裂隙场分布特征及演化规律研究 答辩人：张弢 导 师：高峰 教授 2012年5月13日 主要内容 1 绪论 2 非连续介质离散元法基本理论 3 煤岩体损伤演化及本构模型 4 单一煤层采动影响下煤岩体裂隙场的损伤分析 5 双保护层开采条件下煤岩体裂隙场的损伤分析 6 结论 研究背景与意义 长久以来，瓦斯一直都是危害煤矿生产安全的主要因素之一。 瓦斯作为一种有害的气体，对环境的影响很大。 作为一种与煤共生、无法再生的资源，瓦斯是一种高效、清洁的能源。 瓦斯和煤岩具有“共生”、“共储”的特点，煤岩体在采动扰动下会产生变形、破断，为瓦斯的富集、运移提供裂隙通道。 发现并掌握采动裂隙场分布特征和瓦斯运移的规律，对于有效控制瓦斯运移以及煤与瓦斯共采技术具有重要的指导意义。 研究现状 主要研究内容 损伤演化方程及弹塑性损伤本构模型 基于UDEC的二次开发 单一煤层采动裂隙场的损伤分析 双保护层开采条件下裂隙场的损伤分析 二维离散元的基本方程 1.运动方程 牛顿第二定律可以写成如下形式： 对左半部分在t时刻中心差分并整理，得 利用半时间步处存储的速度，位移可表示为 1）一维条件下 二维离散元的基本方程 1.运动方程 离散元方程在计算循环中的交错性质 二维离散元的基本方程 1.运动方程 运动方程为： 根据上式定义块体的新位置： 1）二维条件下 二维离散元的基本方程 2.块体行为模式 节点力为三项之和： 三角形单元的顶点称为节点，每个节点的运动方程如下： 为单元内部应力，由式 计算得出。 为接触产生的应力， 为外部作用载荷。 节点将根据有限差分形式的牛顿运动第二定律加速 二维离散元的基本方程 3.UDEC中的接触问题 两个块体间的接触 UDEC中倒角的定义 二维离散元的基本方程 3.UDEC中的接触问题 角-边接触 角-角接触 二维离散元的基本方程 3.域