。610· 北京科技大学学报 2006年第7期 6m,倾角3°.开采煤层为13-1煤层.煤层底板为 灰褐色泥岩，顶板以上的煤层和岩层分布简图如 裂职带衡便 0 图1所示. 弹性风城 上留岩层及表土 砂质泥岩 细砂岩 拉伸屈展区 泥岩 25 煤 粉砂岩 泥岩 13-2煤 200 230 20m290 320 350 砂质泥岩 泥岩 13-1煤 图2塑性结果图 砂质泥岩 Fig.2 Plastic result 图1模拟模型煤岩层分布简图 Fig 1 Coal and rock stratum distribution of the simuation model 哭留币高难 2.2模拟模型的建立 因工作面的长度远小于煤层的走向，可以作 为平面应变问题来处理，所以建立二维FLAC网 1500 格模型来模拟.为了消除应力边界和位移边界效 应，二维计算模型的长和高分别设置为550m和 200 230260290320350 220m,采煤工作面沿走向布置.为了便于建模和 剖分，同时充分体现各岩层组合特征，将研究区内 图3y方向位移等值线图 力学性质相近的岩层归并为一组，因此研究区内 Fig 3 Displacement contour chart of y direction 岩层共划分为12个层组.模拟时，计算模型边界 条件确定如下：①模型的两端的x方向的位移固 定，即边界水平位移为零；②模型底部的y方向 落带高度 位移固定，即底部边界水平、垂直位移为零；③模 40 型顶部（也即地表）为自由边界. 30 25 2.3力学模型和力学参数的确定 岩石是一种脆性材料，当荷载达到屈服强度 15 200230260290320 350 后将发生破坏、弱化，应属于弹塑性体.在FLAC x/m 中，对于弹塑性材料，其屈服判据准则有德拉克一 图4x方向位移等值线图 普拉格准则和莫尔-库仑准则.本项研究选择莫 Fig 4 Displacement contour chart ofx direction 尔一库仑准则.计算模型中各岩层力学参数基本 来源于矿山实测数据，包括弹性模量、泊松比、内 往上是曾经为塑性但现在处于弹性状态的区域 聚力、内摩擦角、抗拉强度和密度等参数剑 (图中文字标注的暗色区域，此区域由于恢复了弹 2.4模拟结果 性，己没有裂隙，因此不认为是裂隙带，而认为己 为符合开采实际，模拟计算从形成初始应力 经进入弯曲下沉带)，再往上是另外一个拉伸破坏 场开始.模拟过程中，通过模拟开挖将开挖空间 区（由于这个拉伸破坏区下部是处于屈服过的弹 的实单元变成空单元.采煤工作面设计规格为： 性区域因此这个拉伸破坏区将不会产生裂隙，认 走向长1650m,倾向长150m.基于上述采煤工 为这个区域仍然是弯曲下沉带).而裂隙带和冒 作面规格和开采方法，利用建立的模型进行模拟 落带都发生了拉伸屈服，只不过由于冒落带被压 计算，塑性结果图如图2所示.图3是y方向的 实后，裂隙带将不会跨落而只是保留有裂隙.从 位移等值线图，图4是x方向的位移等值线图. 图2中可以看出，曾经是塑性但现在处于弹性状 2.5模拟结果分析 态的部分将不会有裂隙存在，这个区域可视为塑 从塑性结果图中可以看出，采空区上方首先 性变形区，可以将这一带的下限作为裂隙带的上 是拉伸屈服区（图中文字标注的亮色区域，接着 限，也就是将发生拉伸屈服的区域和曾经是塑性6m, 倾角 3°.开采煤层为 13-1 煤层.煤层底板为 灰褐色泥岩, 顶板以上的煤层和岩层分布简图如 图 1 所示 . 图 1 模拟模型煤岩层分布简图 Fig.1 Coal and rock stratum distribution of the simulation model 2.2 模拟模型的建立 因工作面的长度远小于煤层的走向, 可以作 为平面应变问题来处理, 所以建立二维 FLAC 网 格模型来模拟.为了消除应力边界和位移边界效 应, 二维计算模型的长和高分别设置为 550 m 和 220 m, 采煤工作面沿走向布置 .为了便于建模和 剖分, 同时充分体现各岩层组合特征, 将研究区内 力学性质相近的岩层归并为一组, 因此研究区内 岩层共划分为 12 个层组.模拟时, 计算模型边界 条件确定如下:①模型的两端的 x 方向的位移固 定, 即边界水平位移为零;②模型底部的 y 方向 位移固定, 即底部边界水平 、垂直位移为零 ;③模 型顶部( 也即地表) 为自由边界 . 2.3 力学模型和力学参数的确定 岩石是一种脆性材料, 当荷载达到屈服强度 后将发生破坏、弱化, 应属于弹塑性体.在 FLAC 中, 对于弹塑性材料, 其屈服判据准则有德拉克- 普拉格准则和莫尔-库仑准则.本项研究选择莫 尔-库仑准则 .计算模型中各岩层力学参数基本 来源于矿山实测数据, 包括弹性模量 、泊松比 、内 聚力 、内摩擦角 、抗拉强度和密度等参数[ 8] . 2.4 模拟结果 为符合开采实际, 模拟计算从形成初始应力 场开始.模拟过程中, 通过模拟开挖将开挖空间 的实单元变成空单元 .采煤工作面设计规格为: 走向长 1 650 m, 倾向长 150 m .基于上述采煤工 作面规格和开采方法, 利用建立的模型进行模拟 计算, 塑性结果图如图 2 所示.图 3 是 y 方向的 位移等值线图, 图 4 是 x 方向的位移等值线图. 2.5 模拟结果分析 从塑性结果图中可以看出, 采空区上方首先 是拉伸屈服区( 图中文字标注的亮色区域) , 接着 图 2 塑性结果图 Fig.2 Plastic result 图 3 y 方向位移等值线图 Fig.3 Displacement contour chart of y direction 图 4 x 方向位移等值线图 Fig.4 Displacement contour chart of x direction 往上是曾经为塑性但现在处于弹性状态的区域 ( 图中文字标注的暗色区域, 此区域由于恢复了弹 性, 已没有裂隙, 因此不认为是裂隙带, 而认为已 经进入弯曲下沉带) , 再往上是另外一个拉伸破坏 区( 由于这个拉伸破坏区下部是处于屈服过的弹 性区域, 因此这个拉伸破坏区将不会产生裂隙, 认 为这个区域仍然是弯曲下沉带) .而裂隙带和冒 落带都发生了拉伸屈服, 只不过由于冒落带被压 实后, 裂隙带将不会跨落而只是保留有裂隙 .从 图2 中可以看出, 曾经是塑性但现在处于弹性状 态的部分将不会有裂隙存在, 这个区域可视为塑 性变形区, 可以将这一带的下限作为裂隙带的上 限, 也就是将发生拉伸屈服的区域和曾经是塑性 · 610 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 7 期