·1132· 北京科技大学学报 第36卷 模拟煤层埋深290m,模型上边界与煤层的距 385000个单元格，404259个节点.构建的数值模拟 离为60m,下边界至奥陶系石灰岩下方60m,煤层 模型如图5(a)所示，图5(b)显示了模拟的工作面 底板隔水层厚度为58m,煤层厚度12m,工作面推 区域.模型采用位移边界条件，前后左右边界约束 进方向为X方向，垂直推进方向为Y方向，竖直方 水平位移，底部边界约束竖向位移，上部边界采用自 向为Z方向，工作面宽300m,工作面模拟开挖长度 由边界.对未模拟岩层简化为均布载荷加在模型的 500m,考虑到边界效应，两侧(Y方向)各留100m 上边界，根据物理力学资料，煤层覆岩平均密度取 煤柱，前后(X方向)各留150m煤柱.据此，确定本 2500kg·m3,计算得到附加岩体自重载荷为 次模型长×宽×高尺寸为800m×500m×190m,共 5.4 MPa. 中粒砂岩 田少 (m) b) 煤层顶板 模拟工作面区域 砂 煤层 工作面推进方向 砂质泥岩 粉砂写 砂质泥岩 泥岩 煤层底板 泥灰岩 陶系灰岩 图5数值模拟模型示意图.(a)模型地层示意图：(b)开采工作面示意图 Fig.5 Sketch of the numerical simulation model:(a)sketch of the stratum model;(b)sketch of the working face 3.2计算方案 ,微震事件 FLAC3D数值模拟过程中采用Mohr-Coulomb塑 性本构模型和Mohr-Coulomb破坏准则对煤层底板 1200 采动破坏特征进行计算，模拟的实际过程采用分步 1150 开挖实现，待模型达到初始应力场平衡后，根据设计 的模型开采步距进行开挖计算，每次开挖20m,一 1050 次采全厚，每次开挖计算5000步，模型最大不平衡 1000 力全程演变曲线显示各模型体系最大不平衡力均趋 950 68000 3800 于零，此后煤层底板破坏范围趋于稳定 767800 4000 回采推进方向，xm 4200 4微震监测与数值计算分析 n 67600 4400 微震监测系统于2012-12-28正式投人使用， 图6微震事件空间分布 以2013-01-01一2013-02-24的监测数据作为研究 Fig.6 Spatial distribution of microseismic events 基础，在近两个月的时间内监测到大量的微震事件， 量的增加而增加，说明微震事件数在一定程度上反 经过波形识别，调整和剔除之后，其中岩石微破裂事 映了开采扰动对周围岩体的影响程度 件为2767个，其空间分布情况如图6所示，每个圆 通过对工作面回采过程进行数值模拟，得到工 球即代表一个微震事件. 作面附近底板应力分布规律如下：受煤层采动影响， 图7为微震事件活动率与时间关系分布.从图 工作面椎进过程中前方煤壁下方底板超前支撑压力 中可以看出，随着每日煤层回采，周围岩体受开挖扰 逐渐增大，当工作面推进超过300m时煤壁前方底 动产生了一定数量的岩体破裂微震事件，而在2013- 板应力最大达到27.8MPa,随后趋于稳定.工作面 01-11至2013-01-26停采期间，由于未受开采扰 底板超前应力分布大致可以划分成三个区域：距工 动，微震事件明显减少.根据每日的监测结果，结合 作面煤壁0~35m为超前支撑压力影响剧烈区： 矿方提供的日进尺数据，绘制相应的累计曲线可以 35~84m为超前支撑压力影响明显区；大于84m处 看出，微震事件累积量增长趋势与累计进尺量基本 为原岩应力区.数值计算得到的原岩应力约为 保持一致，微震事件累积量随着煤层开采累计进尺 7.2MPa,应力峰值区域应力约为27.8MPa,应力集? 1 1 3 2 ? 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 模拟 煤 层埋深 , 模 型 上 边界 与 煤 层 的 距 个单元格 个节 点 构建 的 数值模拟 离 为 , 下边 界至 奥 陶 系 石 灰岩 下 方 , 煤层 模型如 图 所示 , 图 显示 了 模拟 的工 作 面 底板 隔 水层 厚度 为 , 煤层厚度 工 作面 推 区 域 模型采用 位移 边 界条件 前后 左右 边界 约 束 进方 向 为 方 向 , 垂直 推进 方 向 为 方 向 , 竖 直方 水平位移 , 底部 边界约束竖 向 位移 , 上部边界采用 自 向 为 方向 , 工 作面宽 , 工作 面模拟 开 挖长度 由 边界 对未 模拟 岩层简化为 均布载 荷加 在模型 的 考虑 到 边 界效 应 , 两侧 方 向 ) 各 留 上边界 , 根据 物 理力 学 资 料 , 煤层 覆 岩平 均 密 度 取 煤柱 前后 方向 ) 各 留 煤 柱 据 此 , 确 定本 计 算 得 到 附 加 岩 体 自 重 载 荷 为 次模 型长 宽 高 尺寸 为 共 中 粒砂 岩 细 砂岩 ( 砂质 泥岩 ■ 如 号 煤 ’ 咁 曰前 泥岩 、 ▲ 』 模拟工 作 面区 域 岩 、 資 系 灰岩 图 数值模 拟 模型示 意 图 ( 模型 地 层示 意 图 ； ( 开采 工 作面 示 意图 ： ； 计算 方 案 微震 事件 数值 模拟 过程 中 采用 塑 性本构模 型 和 破坏 准 则 对煤 层底 板 「 ： 采动 破坏特征进行计 算 , 模拟 的 实 际过 程采 用 分步 ； ‘ 开挖实现 待 模型达到初 始应力 场平 衡后 , 根据设计 ‘ ； “ 的模型开采步距 进行 开挖 计算 , 每 次 开挖 — 次采全厚 , 敏开 挖计算 步 模型 最大不平衡 力 全程 演变 曲 线显示各模型体系 最大不 平衡力 均趋 于零 此后煤层底 板破坏范围趋 于稳 定 乘 淑 微震 监测与 数值计算 分析 微震监测 系 统于 正 式投 人 使用 , 图 微震 事 件 空 间分布 以 — 的监测 数 据作 为研究 ° 基础 , 在近 两个月 的 时间 内监 测 到 大 量的微震事件 , 量 的 增加 而增加 说 明 微震事件数在 一 定 程 度上反 经过 波形 识别 调整 和剔 除 之后 , 其 中 岩石微破裂事 映 了 开采 扰动对周 围 岩体的 影 响 程度 件为 个 其空 间 分 布 情 况如 图 所 示 , 每个 圆 通过对工作 面 回 采过程 进行数值模拟 , 得到工 球 即代表一 个微震 事件 作 面附近 底板应力 分 布规律 如 下 ： 受煤层采动 影响 , 图 为微震事 件活动率与 时 间 关系 分布 从图 工作 面推进过程 中 前方煤壁 下方底板超前 支 撑压力 中 可 以 看出 , 随着 每 日 煤层 回 采 , 周 围 岩体受开挖扰 逐 渐增大 , 当 工 作 面 推进超过 时煤 壁 前方底 动产生 了 一 定 数量的 岩体破裂微震事 件 , 而在 板应 力 最大达 到 随 后趋 于稳定 工作 面 至 停 采 期 间 , 由 于未 受 开 采 扰 底 板超前应力分布 大致 可 以 划 分成 三个 区 域 ： 距工 动 , 微震事件 明显 减 少 根据每 日 的 监测 结 果 , 结合 作 面煤 壁 为 超前支 撑压 力 影 响 剧 烈 区 ； 矿方提供 的 日 进 尺 数据 , 绘制 相 应 的 累 计 曲 线 可 以 为 超前 支撑 压力影 响 明 显 区 ； 大 于 处 看 出 , 微震事件累 积 量增 长趋 势与 累 计进 尺 量 基本 为 原 岩 应 力 区 数 值 计 算 得 到 的 原 岩 应 力 约 为 保持一 致 , 微震事件 累 积 量随 着 煤层 开 采 累 计进尺 , 应 力 峰值 区 域应力 约 为 , 应力 集