深井高應力區(qū)鉆孔卸壓技術控制巷道變形數值模擬研究

1、中國礦業(yè)大學2011屆本科畢業(yè)論文 第15頁一、 緒論1.1課題研究的背景及意義我國是個能源消耗大國，在不斷推進的工業(yè)化和城市化進程中，能源問題愈來愈成為我國經濟發(fā)展和社會進步的“瓶頸”。隨著我國經濟的不斷發(fā)展，能源的消耗將不斷加大。從經濟發(fā)展趨勢來看，我國工業(yè)已進入重工業(yè)化階段，按世界各國發(fā)展的歷史規(guī)律來看，重工業(yè)化階段的形成主要是因為居民消費水平提高、消費結構升級、城鎮(zhèn)化進程加快、基礎設施建設加劇等中長期因素。重工業(yè)化的快速發(fā)展將使能源消耗迅速增長的階段不可逾越。據預測，到2020年我國的城市化率將由目前的不到45%提升到60%左右的水平，即城鎮(zhèn)化水平每年提高一個百分點，每年將增加至少1，

2、300萬城鎮(zhèn)人口。當前，城鎮(zhèn)人口年均能源消耗量是農村人口的3.5倍，隨著城鎮(zhèn)人口的不斷增加以及人均能源消費的增加，對能源的供給產生巨大壓力。在21世紀前50年內，我國能源的發(fā)展趨勢仍將以化石燃料為主。隨著石油、天然氣資源的日漸短缺和潔凈煤技術的進一步發(fā)展，煤炭的重要性和地位還會逐漸提升。中國是以煤為主要能源的國家，據世界能源資料顯示，中國煤炭資源總量居世界第三位，煤炭儲量居世界第七位，而中國煤炭生產量和消費量位居世界第一。2009年中國累計進口煤126億噸，比上年增長2119，出口煤2240萬噸，同比下降507 ；全年凈進口煤炭103億噸，中國第一次成為煤炭凈進口國1。專家預測，據有關部門預測

3、，到2005年，全國一次能源生產量為123億噸標準煤，其中煤炭為785億噸標準煤(折合11億噸原煤)，仍占638%。專家預測，在本世紀前30年內，煤炭在我國一次能源構成中仍將占主體地位。 煤炭是我國最安全、最經濟、最可靠的能源。我國煤炭資源總量遠遠超過石油和天然氣資源；隨著高新技術的推廣應用，煤炭生產成本正在并將繼續(xù)降低；潔凈煤技術已取得重大突破，這都將使煤炭成為廉價、潔凈、可靠的能源。 目前，世界石油價格居高不下，煤炭的成本優(yōu)勢更加明顯。歐佩克要把石油價格穩(wěn)定在每桶25美元到30美元之間，而煤炭通過直接液化制成的成品油成本是每桶15美元左右。 1999年我國石油凈進口量為4000萬噸，去年進

4、口7000萬噸（花費200億美元以上）。據預測，到2020年我國石油供需缺口將更大，全靠進口不僅動用大筆外匯，而且受制于人，加大了能源安全供應的隱患。因此，以煤炭液化生產的液體燃料和用水煤漿替代石油將是必然的趨勢。從這個意義上講，煤炭在未來我國國民經濟中的地位將更為重要。因此煤礦的安全開采不僅對煤礦十分重要，對國家的經濟健康發(fā)展也十分重要。隨著我國煤礦開采深度的不斷增加，軟巖巷道的數量越來越多，圍巖應力越來越大，傳統(tǒng)的支護方法在深部軟巖巷道中往往難以達到理想的支護效果2。而采用卸壓的方法不失為解決這一難題的一種優(yōu)先選擇。卸壓技術是將巷道周邊圍巖內的高應力區(qū)向巷道圍巖深部轉移，從而使高地應力圍巖

5、轉化為可以支護的低地應力圍巖，最終達到減小圍巖變形目的的一種支護技術。對處于膨脹變形較大的軟弱圍巖和高應力圍巖內的巷道，采用卸壓技術來控制圍巖變形是當今最有效的圍巖維護方法之一。通常采用的巷道卸 方法主要有：在巷道周邊圍巖中開槽、切縫、鉆孔、松動爆破、無煤柱開采等。其中的鉆孔卸壓技術具有施工方便，施工速度較快，不影響施工工期等特點3。鉆孔卸壓技術是將巷道上方及周圍巖體的高應力區(qū)及高應力值降低,并將其高應力區(qū)及高應力的極大值向煤體深部轉移,使巷道上方及周圍巖體的應力增高區(qū)變?yōu)閼档蛥^(qū)的一種高新技術4。其目的是減小礦山壓力對巷道圍巖及錨索錨桿等支護體的作用力,降低巷道圍巖應力及變形量,優(yōu)化支護設

6、計,節(jié)約支護材料5。 鉆孔卸壓技術的設計思想是通過鉆孔等方法在巷道圍巖深部形成一個弱化區(qū)或弱化帶,為圍巖在應力釋放過程中產生的膨脹變形提供一個補償空間,并且使支承壓力峰值向巷道圍巖深部有效地轉移。從而達到減小巷道圍巖變形,降低支護壓力的目的6。對于膨脹變形較大的軟弱圍巖和復雜條件下高應力的圍巖巷道,采用卸壓技術來控制圍巖變形是當今最有效的圍巖維護方法之一7。1.2 深井高應力區(qū)巷道變形控制研究現狀1.2.1深井高應力區(qū)巷道變形控制遇到的新問題隨著礦井開采逐漸向深部發(fā)展，在淺部呈現中硬巖變形特征的工程巖體在深部轉化為高應力軟巖，礦壓顯現強烈，巷道位移顯著增大，圍巖破壞嚴重，巷道返修量劇增，巷道維

7、護變得異常困難8，常規(guī)支護方式已不能很好地控制巷道圍巖的變形。1.2.2深井高應力區(qū)巷道變形控制方法降低巷道圍巖應力，提高圍巖穩(wěn)定性以及合理選擇支護是巷道圍巖的基本途徑4。（1）采用卸壓技術，國內外經驗表明，卸壓技術可以改善巷道圍巖的惡劣應力環(huán)境，使高地應力圍巖轉換為較低地應力圍巖從而達到減小圍巖變形的目的。特別是在深井巷道支護中可以達到較好的支護效果。（2）優(yōu)化巷道布置9時間和空間上盡量避開采掘活動的影響，最好將巷道布置在煤層開采后所形成的應力降低區(qū)域內。如不能上訴第一條要求，應盡量避免支撐應力疊加的強烈作用。在采礦系統(tǒng)允許的距離范圍內，選擇穩(wěn)定的巖層或煤層布置巷道，盡量避免和水、松軟膨脹巖

8、層直接接觸。巷道通過地質構造帶時，巷道軸向應盡量垂直斷層構造帶或向、背斜構造相鄰巷道或硐室之間選擇合理的巖柱寬度。巷道的軸線方向盡可能與構造應力方向平行，避免與構造應力方向垂直。（3）改革支護技術與工藝傳統(tǒng)的支護形式、支護工藝與單一的支護結構已不適應深部地質條件巷道，很難保證安全生產。為解決現在巷道失修狀況，已著手深部巷道新的支護方式。如錨網巷道采用高強錨桿支護材料；架棚巷道更新支護工藝，金拱支架由原來25U 提升為29U 重型鋼。該措施的采用，將大大提高巷道支護強度，減少巷道維護量10。（4）常規(guī)措施對大巷礦壓觀測，發(fā)現冒落預兆，及時處理，保證安全。加強構造區(qū)支護質量。如斷層、褶曲受構造應力

9、影響的地段，采取有效措施，提高支護質量及支護強度10。（5）現場礦壓觀測表明，針對高應力、節(jié)理化、強膨脹特征的軟巖巷道，利用數值分析得到的放矸卸壓范圍，并結合錨桿+圍巖注漿加固技術，有效地控制了其圍巖的強烈變形1.3鉆孔卸壓技術國內外研究現狀1.3.1與鉆孔卸壓有關的理論現在鉆孔卸壓技術經過多年的發(fā)展，已得出許多理論，主要集中于對卸壓范圍、卸壓系數、擴孔研究。（1） 卸壓范圍的確定瓦斯災害已成為我國煤礦事故的主要原因之一, 鉆孔卸壓抽采瓦斯是解決瓦斯災害的有效方法。由于卸壓帶內的地層壓力已傳遞給此帶以外的巖層, 該帶內的煤層承受壓力不斷減小, 煤體發(fā)生膨脹變形, 透氣性增加, 瓦斯加劇解吸,

10、涌出量不斷增加并達到高峰值; 在卸壓區(qū)邊界及其以外, 煤體透氣性系數變化不大,基本上等于原始透氣性系數。研究表明11-15 , 煤層的透氣系數在卸壓區(qū)域內可看作以負指數規(guī)律變化, 并且距離鉆孔越近透氣系數越大, 卸壓半徑越大鉆孔對煤層瓦斯?jié)B流的影響也就越明顯。可見, 鉆孔卸壓區(qū)域的確定對瓦斯抽采效果具有重大意義16。求解卸壓區(qū)半徑，首先從理論上分析鉆孔周圍的應力和卸壓區(qū)范圍, 然后應用全量理論18，屈服條件為庫侖- 莫爾條件19彈塑性力學理論得到了軸對稱情況下卸壓區(qū)半徑的解析解。1924年H.亨奇從變分原理出發(fā)，得出了一組關于理想塑性材料的全量形式的應力-應變關系（即本構關系）。此后,蘇聯的A

11、.A.伊柳辛提出簡單加載定理，使全量理論更為完整。全量理論認為在加載過程中，若應力張量各分量之間的比值保持不變，按同一參數單調增加，則加載稱為簡單加載，不滿足這個條件的叫復雜加載。在簡單加載下，用全量應力和全量應變表達的本構方程為：分別為應力偏量的分量和應變偏量的分量。庫侖- 莫爾條件先由庫侖在1773年提出，后來莫爾用新理論加以解釋。該理論認為當壓力不大時（一般<10MPa）,可用斜直線強度曲線推導出其強度準則的表達式式中、巖石的內聚力和內摩擦角。（2）卸壓系數對卸壓系數研究的有李金奎, 劉東生, 李學彬, 熊振華的小煤柱應力集中區(qū)鉆孔卸壓效果的數值模擬。文獻19 在分析鉆孔卸壓機理的

12、基礎上, 用ADINA模擬了小煤柱應力集中區(qū)鉆孔卸壓效果, 得出了鉆孔周圍位移與應力分布變化規(guī)律。通過小煤柱應力集中區(qū)鉆孔卸壓效果模擬表明: 合理鉆孔孔徑和孔距的卸壓孔可以導致煤層結構性破壞, 從而使應力峰值向深部轉移。研究表明: 鉆孔對小煤柱應力集中區(qū)卸壓效果十分顯著。（3）擴孔研究 對擴孔研究的有王書文，毛德兵，任勇的鉆孔卸壓技術參數優(yōu)化研究20。本文獻20 通過分析鉆孔圍巖變形破壞機理, 得出鉆孔最終成孔半徑的計算公式， 在此基礎上通過ANSYS軟件對相同鉆孔密度下不同布置方式(單排、三花、四方) 的卸壓效果進行模擬, 從水平應力和垂直應力兩方面進行卸壓效果分析, 通過5個指標綜合評價,

13、 最終確定了在設定地質條件下最優(yōu)的鉆孔布置方案。1.3.2與鉆孔卸壓相關的實驗工作文獻21先對鉆孔卸壓進行模擬，然后對為平頂山煤業(yè)集團十一礦己l6_17 煤層22040工作面風巷實驗，工業(yè)試驗表明，鉆孔卸壓和錨網聯合支護技術完全適用于深井高應力厚煤層沿底掘進巷道，可以取得較好的支護效果和經濟效益，可為礦井“高產高效”建設提供技術保障卸壓鉆孔的參數優(yōu)化和確定還需進一步研究，一般應該根據具體的地質條件結合數值模擬和現場施工與觀測確定。文獻22對濟三礦應用鉆孔卸壓技術，通過工程實踐，得到鉆孔卸壓減緩了沖擊危險文獻23為解決進入深部開采的觀音堂煤礦巷道中出現的狀況，諸如片幫、底鼓及頂板壓力問題, 造成

14、了腿、梁彎曲、棚扭斜，而松幫卸壓窩工費時，修復工程量大，采取了鉆孔卸壓技術，應用后減少了巷道變形，保證了巷道的安全。1.3.3與鉆孔卸壓相關的數值模擬文獻24 基于AD INA 有限元分析軟件, 對某礦巷道沖擊地壓應力集中區(qū)鉆孔卸壓效果進行了數值模擬研究; 根據實際開采條件建立了AD INA有限元模型, 通過模擬3, 5, 8 m不同鉆孔深度, 得到了巷道垂向應力圖, 分析了不同鉆孔深度的卸壓效果。數值模擬結果表明: 在3種鉆孔深度的對比下, 鉆孔深度越深, 卸壓效果越明顯。沖擊地壓應力集中區(qū)鉆孔卸壓數值模擬對工程應用具有一定指導意義。文獻25利用FLAC 軟件對擴孔后煤體周圍卸壓情況進行了數

15、值模擬分析，重點研究了擴孔后應力降低區(qū)域及不同位置應力的變化情況。研究得出，煤層進行擴孔后整體卸壓面積提高了20 倍，卸壓范圍呈“8”字形，在距離鉆孔邊緣115mm處出現一定的應力集中現象。文獻26通過對鉆孔周圍應力分布的研究，指出“瓶塞效應”是制約其影響范圍的主要因素，割縫可以消除此效應；數值模擬表明割縫高度對縫槽上方煤體卸壓影響不顯著，考慮到蠕變等因素要求縫槽高度不低于16 mm； 縫槽深度對縫槽上方煤體卸壓起到顯著影響，當縫槽深度從0. 227 m增大到0. 770 m 時，縫槽上部1. 03 m 處煤體應力由6. 2 MPa 降低到3. 1 MPa，通過增大縫槽深度以增加鉆孔的影響范圍

16、是可行的；由于鉆孔割縫后其影響范圍增加, 相鄰鉆孔間相互影響使得鉆孔影響范圍進一步增大, 必須把多個鉆孔當作一個整體來研究布孔情況。文獻27分析了偃龍礦區(qū)軟巖巷道難以支護的原因, 針對三軟煤層巷道底鼓問題, 采用數值計算方法對底板卸壓鉆孔深度進行優(yōu)化設計, 并給出了具體的解決方案, 即位于底板中部直徑為150 300 mm 的卸壓鉆孔, 深度應大于巷道底板寬度的一半, 小于錨索錨固段的作用范圍。文獻2通過三維離散元分析軟件3DEC( 3 Dimensiona lDistinct Element Code) ,針對卸壓孔在不同孔徑下的圍巖變形情況,較為詳細地分析了鉆孔卸壓在深部巷道中的效果。模擬

17、結果表明,對巷道兩幫鉆孔卸壓以后,應力集中區(qū)域由兩幫轉移到了圍巖深部,且集中在了卸壓孔的末端,對深部巷道起到了很好的保護作用,為深部高應力巷道卸壓支護提供了依據。文獻28闡述巷道超前卸壓爆破技術現狀，分析了神寧集團棗泉煤礦11201 工作面回風巷出現構造應力的影響因素，提出了采用超前卸壓爆破技術在掘進前釋放圍巖應力的方法和措施，通過對其進行總結分析，從而為其他類似巷道的圍巖應力釋放積累寶貴的經驗。沖擊地壓是一種復雜的礦井動力現象，一直是巖體力學及礦山防治研究的難點之一。近年來隨著煤礦采深的增加，出現沖擊地壓顯現的礦井明顯增多，給礦井生產和安全帶來了極大的威脅，因而有必要對沖擊地壓的防治進行深入

18、研究29。文獻29采用現場測試理論分析及數值模擬等研究方法，建立力學模型，研究了重力場中支承壓力分布影響因素。通過分析煤樣單向抗壓強度的尺寸效應實驗室試驗和基于weibull分布的數值試驗結果，得出了影響任意煤樣強度的兩個系數和由標準煤樣強度計算原煤強度及煤體強度的回歸公式。模擬了鉆孔卸壓顯現過程，對鉆孔卸壓防治沖擊地壓進行了深入地研究。以數值模擬研究為基礎，通過RFPA軟件分析了在不同煤層強度、不同支承壓力(垂壓)情況下開孔,對鉆孔破壞半徑的影響，通過理論分析和回歸分析得出了鉆孔破壞半徑與煤層強度、煤層壓力(垂壓)和鉆孔直徑之間的關系。通過理論分析和數值回歸分析擬合出了各自的數學表達式。計算

19、結果對于防治沖擊地壓有重要的理論指導意義。以東灘礦為應用背景，研究了現場鉆孔卸壓應用情況，得出鉆孔卸壓解除沖擊危險效果好，可預先采取措施對生產影響小，適用于各種煤層條件及開采條件，對沖擊地壓的防治具有指導作用。文獻30通過理論分析和現場實際考察分析了煤炭開采頂板覆巖垮落變形動態(tài)變化規(guī)律, 分析了覆巖關鍵層的層位及巖體特性對煤層回采后頂板巖層的垮落區(qū)、裂隙區(qū)的擴展影響特征; 結合現場工程實際, 提出了針對低滲透性煤層提高煤層瓦斯抽放率的一種新的頂板覆巖卸壓抽放技術, 分析影響瓦斯抽放量的因素, 給出了頂板卸壓鉆孔的合理布置區(qū)域。文獻31 根據簡化的應變線性軟化特性和線性擴容特性以及煤的全程應力一

20、應變曲線, 對鉆孔周圍塑性區(qū)和殘余強度區(qū)的大小影響后煤的力學性狀、鉆粉量的解析表達式、突出煤層卸壓鉆孔防止煤和瓦斯突出的可行性一一進行了討論和分析, 結合理論分析曲線譜, 指出多孔釋放應力鉆孔對預防煤和瓦斯突出是可行和有效的。1.4本文研究內容及技術路線本論文在研究和總結前人的研究的基礎上，通過理論計算，數值模擬的方法，系統(tǒng)研究深井高應力區(qū)鉆孔卸壓技術的效果，巷道圍巖的穩(wěn)定性和對錨桿受力的影響，具體研究路線如下：（1） 幾種常用圓孔排列方式卸壓的效果（2） 鉆孔卸壓技術對巖體的影響2.鉆孔卸壓理論2.1鉆孔卸壓的力學機理巷道開挖前，深部巖體處于三向應力狀態(tài)，具有較高的強度。但是在巷道開挖后，水

21、平應力解除后，巷道周圍圍巖徑向應力變?yōu)榱?，變?yōu)槎驊Γ瑥姸让黠@下降。且由于開挖巷道，破壞了原有承載結構，導致巷道圍邊圍巖出現應力集中，圍巖受力變形。當集中應力超過圍巖強度時，巷道周邊圍巖遭到破壞，其承載力降低，應力向深部轉移，應力集中程度隨之減弱，又由于破碎巖體的影響，所以深部圍巖的徑向應力從開始處逐步增加，深部圍巖處于三向應力狀態(tài)，巖石具有較高強度，抵御破壞強度增強。于是在高應力區(qū)形成自承載結構，承受掘巷引起的集中應力。同時，在它的支撐和保護下，又使卸壓區(qū)內的巖體得以保持穩(wěn)定。另一方面，結構和完整性并未遭到完全破壞的卸壓區(qū)內的圍巖，仍然存在一定的殘余強度，并向巖體自乘結構提供側向約束力，增

22、加巖體自乘結構的強度和穩(wěn)定性，從而使圍巖的穩(wěn)定性得到顯著提高?；驹砣鐖D2-1所示頂板巖層作用在煤體上，表示工作面前方煤體上的壓力，表示發(fā)生沖擊礦壓的極限應力值。當煤層上覆的應力達到了最大值接近極限應力值，沖擊礦壓危險性很大。為了巖體的穩(wěn)定，采用鉆孔卸壓技術，其直徑，長為，鉆孔中部受擠壓的長度為，結果使鉆孔煤體的壓力降為。應力越高，鉆孔受擠壓移動的程度就越大。在支承壓力區(qū)域內，用大直徑鉆頭鉆孔，降低其應力值，而鉆孔局部范圍出現小的應力集中，當該應力超過鉆孔壁的強度時，隨著時間的推移，鉆孔間煤體風化與壓裂，在鉆孔周圍形成直徑為的卸壓帶。因此，在布置鉆孔時，其間距S至少等于D。這樣，在一定范圍內

23、，應力降低。應力最高點距煤壁的距離移至。研究表明，在鉆孔中注水，可以軟化鉆孔圍巖，加大卸壓范圍，減少鉆孔數量。應當注意，鉆孔形成的卸壓帶使煤體松動，不能聚集彈性能以及形成永久屈服變形。2.2孔周應力和卸壓范圍的確定基本假設：由于煤層在整個鉆孔和壓裂過程中垂直方向的位移受各層巖石影響，可忽略，因此，將模型簡化為平面應變模型，模型如圖1所示。設煤層所在平面內有：，側向壓力系=1時，可以按軸對稱問題處理;煤層為理想彈塑性材料，可應用全量理論32 。屈服條件為庫侖- 莫爾條件 19， 式中：、分別為最大、最小主應力；為煤體粘聚力；為煤體的內摩擦角。（1）彈性區(qū)應力和位移根據彈性力學理論，直接應用平面軸

24、對稱問題的解如下： 扣去原始位移得到相對位移： 其中: 為距圓心的距離；為塑性區(qū)半徑；為彈性區(qū)軸向應；為彈性區(qū)切向應力；為塑性區(qū)外邊緣的軸向應力。（2）塑性區(qū)內應力根據塑性力學理論, 在塑性區(qū)內有 32：平衡方程: ，且令，；屈服條件：式；邊界條件：，為鉆孔半徑。聯立求解上訴關系得： (3)塑性區(qū)半徑根據塑性區(qū)和彈性區(qū)的交界連續(xù)條件可以求得塑性區(qū)的半徑。當時：，所以有：式中為原地應力 由式可以看出, 卸壓區(qū)半徑與鉆孔半徑成正比； 當確定，時, 煤層的粘聚力越大鉆孔的卸壓半徑就越?。划敶_定，時, 煤層周圍的地應力越大卸壓半徑越大，近似為正比變化，可見埋藏較深和地應力較大的煤層更容易卸壓，而且地應

25、力較大的煤層也更容易發(fā)生煤和瓦斯的突出，有鉆孔卸壓的必要性和迫切性；當確定，時，天然巖石材料的摩擦角的取值為2040之間，這個范圍摩擦角對卸壓半徑的影響很小，因此煤層摩擦角變化對鉆孔半徑的影響可以忽略。（2）卸壓系數的確定當在高應力煤體內進行鉆孔時, 鉆孔周圍煤體在高應力作用下產生裂隙并發(fā)生破裂, 在鉆孔周圍形成1 個比鉆孔直徑大得多的破裂區(qū), 當這些破裂區(qū)互相連通后, 在煤體內形成1 條卸壓帶, 使得應力峰值向煤體深部轉移, 起到卸壓作用。煤體鉆孔卸壓原理見如圖1所示33 。卸壓后鉆孔周圍煤體處于破裂區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)。3 區(qū)煤體應力應變應滿足Mohr􀀂Coulomb 準則

26、 34, 35 , 可統(tǒng)一表示為 式中、為材料參數。破裂區(qū)應力應變方程 塑性區(qū)應力應變方程 上訴3式中，為采用極坐標徑向、環(huán)向的應力；，分別為黏聚力和內摩擦角；下標，分別表示破裂區(qū)和塑性區(qū)由于鉆孔周圍煤體產生了稠密的破斷裂隙，這部分煤體變形模量將比原生煤體的變形模量大幅度降低，兩者的比值可稱作卸壓系數。它是鉆孔卸壓效果的標志，鉆孔其周圍煤體產生裂隙及破碎是產生卸壓作用的根本原因。根據C. O. 巴布柯克經驗公式 36, 卸壓系數由下式計算圖1煤層中鉆孔卸壓的效果 式中為鉆孔孔徑，mm；為鉆孔邊界距離, mm；為鉆孔中心距, mm, 顯然鉆孔周圍煤體的卸壓程度取決于鉆孔中心距, 越小, 越大。三

27、、數值模擬3.1軟件簡介FLAC3D由美國Itasca公司開發(fā)的。FLAC3D是二維的有限差分程序FLAC2D的護展，能夠進行土質、巖石和其它材料的三維結構受力特性模擬和塑性流動分析。通過調整三維網格中的多面體單元來擬合實際的結構。單元材料可采用線性或非線性本構模型，在外力作用下，當材料發(fā)生屈服流動后，網格能夠相應發(fā)變形和移動（大變形模式）。FLAC3D采用了顯式拉格朗日算法和混合-離散分區(qū)技術，能夠非常準確地模擬材料的塑性破壞和流動。由于無須形成剛度矩陣，因此，基于較小內存空間就能夠求解大范圍的三維問題。 3.2模擬模型模型1為無孔的煤體，長8m，寬4m，高6m。模型2為單排孔煤體，長寬高不

28、變，在模型前后方向正中間有一排孔，孔徑20cm，孔距80cm。模型3為雙排孔煤體，長寬高不變，雙排孔各在距上下邊界1m處得位置。上述3個模型的材料參數相同，為體積模量，剪切模量，內摩擦角30度，內聚力，抗拉強度。在模型頂部施加的應力，固定模型左右方向兩邊界面。FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USASettings: Model Perspective19:58:27 Sun May 01 2011Center: X: 3.500e+000 Y: 2.000e+000 Z: 0.000e+000Rotation: X

29、: 0.000 Y: 0.000 Z: 210.000Dist: 2.462e+001Mag.: 1Ang.: 22.500Surface Magfac = 0.000e+000模型2Settings: Model PerspectiveItasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USASettings: Model Perspective17:03:08 Mon May 02 2011Center: X: 3.500e+000 Y: 2.000e+000 Z: 1.500e+000Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.

30、000Dist: 2.412e+001Mag.: 1Ang.: 22.500Surface Magfac = 0.000e+000模型33.3模擬結果FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 1000115:26:09 Sun May 01 2011History 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0x104-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.2x10-4 2 Z-Displacement Gp 1913 Linestyle -1.813e-004 <-> -1

31、.795e-005 Vs. Step 1.000e+001 <-> 1.000e+004數據1：無孔，z方向位移FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 1000120:17:16 Sun May 01 2011History 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0x104-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.2x10-4 2 Z-Displacement Gp 2458 Linestyle -1.824e-004 <-> -6.704e-007 Vs.

32、 Step 1.000e+001 <-> 1.000e+004 數據2單排孔z方向位移FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 1000120:50:15 Mon May 02 2011History 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0x104-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.2x10-4 2 Z-Displacement Gp 2268 Linestyle -1.840e-004 <-> -1.767e-005 Vs. Step 1.000e+

33、001 <-> 1.000e+004數據3：雙排孔z方向位移FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 1000115:27:08 Sun May 01 2011History 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0x104-4.0-3.0-2.0-1.0 0.0 1.0 2.0x10-7 3 Y-Displacement Gp 1913 Linestyle -4.658e-007 <-> 2.358e-007 Vs. Step 1.000e+001 <-> 1.000e+0

34、04數據4：單排孔的y方向位移FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 1000120:19:16 Sun May 01 2011History 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0x104-9.0-8.0-7.0-6.0-5.0-4.0-3.0-2.0-1.0 0.0 1.0x10-8 3 Y-Displacement Gp 2458 Linestyle -9.820e-008 <-> 1.486e-008 Vs. Step 1.000e+001 <-> 1.000e+004數據5

35、單排孔的y方向位移FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 1000120:51:52 Mon May 02 2011History 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0x104-4.0-3.0-2.0-1.0 0.0 1.0 2.0x10-8 3 Y-Displacement Gp 2268 Linestyle -4.112e-008 <-> 2.336e-008 Vs. Step 1.000e+001 <-> 1.000e+004數據6雙排孔的y方向位移參考文獻1 劉雅馨，張用德

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