孤岛工作面顶底板应力传递规律数值模拟研究.pptx
汇报人：
孤岛工作面顶底板应力传递规律数值模拟研究
2024-01-24
目录
引言
孤岛工作面地质条件与开采技术
数值模拟方法与模型建立
孤岛工作面顶底板应力传递规律数值模拟结果分析
孤岛工作面顶底板稳定性评价与控制措施
结论与展望
01
引言
Chapter
随着我国煤炭资源开采向深部延伸，孤岛工作面的开采安全问题日益突出。
孤岛工作面顶底板应力传递规律是影响其稳定性的关键因素之一。
研究孤岛工作面顶底板应力传递规律对于保障煤矿安全生产具有重要意义。
国内外学者在孤岛工作面开采技术、围岩控制、数值模拟等方面开展了大量研究。
目前，对于孤岛工作面顶底板应力传递规律的研究相对较少，且主要集中在理论分析和实验室模拟方面。
随着计算机技术的发展，数值模拟方法已成为研究孤岛工作面顶底板应力传递规律的重要手段之一。
研究内容
通过建立孤岛工作面数值模型，模拟分析不同开采条件下顶底板应力传递规律，揭示其对孤岛工作面稳定性的影响机制。
研究目的
揭示孤岛工作面顶底板应力传递规律，为优化开采设计、提高围岩控制效果提供理论依据。
研究方法
采用数值模拟方法，建立孤岛工作面三维数值模型，模拟分析不同开采条件下顶底板应力分布、传递路径及演化规律。同时，结合现场实测数据对模拟结果进行验证和分析。
02
孤岛工作面地质条件与开采技术
Chapter
孤岛工作面通常位于井田深部，煤层厚度大、倾角小，赋存稳定。
煤层赋存条件
顶底板岩性
地质构造
顶底板多为砂岩、泥岩等软弱岩层，易受采动影响发生变形和破坏。
工作面内可能存在断层、褶曲等地质构造，对顶底板应力分布和传递规律产生影响。
03
02
01
采煤方法
采用综合机械化采煤方法，实现高产高效。
支护方式
采用液压支架等支护设备，对顶板进行有效支护，防止冒顶事故。
巷道布置
根据煤层赋存条件和地质构造，合理布置回采巷道，确保安全生产。
应力分布特征
孤岛工作面开采过程中，顶底板应力呈现非均匀分布特征，采空区中部应力集中程度较高。
应力传递路径
顶底板应力主要通过煤柱和岩层传递至采空区边界，形成应力拱结构。
影响因素分析
煤层厚度、倾角、采高、采煤速度等因素对顶底板应力传递规律产生影响。
03
02
01
03
数值模拟方法与模型建立
Chapter
03
边界元法
只需对求解域的边界进行离散，降低了问题的维度和计算量。
01
有限差分法
基于差分原理，将连续问题离散化，通过求解差分方程得到近似解。
02
有限元法
将连续体划分为有限个单元，通过单元分析和整体合成得到问题的数值解。
01
02
03
03
通过敏感性分析，研究不同参数对模拟结果的影响程度，为模型优化提供依据。
01
将模拟结果与现场实测数据进行对比，验证模型的准确性和可靠性。
02
分析模拟结果的误差来源，如模型简化、参数设置等，提出改进措施。
04
孤岛工作面顶底板应力传递规律数值模拟结果分析
Chapter
初始开采阶段
在孤岛工作面的初始开采阶段，顶底板的应力传递主要表现为垂直应力的集中，水平应力相对较小。随着工作面的推进，垂直应力逐渐向前方煤体转移，形成应力升高区。
充分采动阶段
在充分采动阶段，顶底板的应力传递规律变得更为复杂。垂直应力和水平应力均显著增加，且在采空区两侧形成应力集中区。此阶段，顶底板的稳定性受到严重威胁，易发生冒顶、片帮等事故。
采动影响稳定阶段
在采动影响稳定阶段，顶底板的应力传递逐渐趋于平衡。垂直应力和水平应力均有所降低，应力集中区范围缩小。此阶段，顶底板的稳定性相对较好，但仍需加强支护措施以防止意外发生。
坚硬顶板条件
在坚硬顶板条件下，顶板的自承能力较强，垂直应力传递较远。水平应力相对较小，但可能因顶板的断裂而产生突变。此类条件下，需特别注意顶板的断裂和冒落风险。
软弱顶板条件
在软弱顶板条件下，顶板的自承能力较差，垂直应力传递范围有限。水平应力相对较大，易导致顶板的弯曲和下沉。此类条件下，需加强顶板的支护措施以防止冒顶事故。
复合顶板条件
在复合顶板条件下，顶板的力学性质介于坚硬和软弱之间。垂直应力和水平应力的传递规律较为复杂，可能因不同岩层的组合而产生变化。此类条件下，需根据具体情况制定相应的支护措施。
开采高度
开采高度的增加会导致顶底板应力的显著增加。特别是垂直应力，随着开采高度的增加，其传递范围和集中程度都会增大。因此，在增加开采高度时，必须充分考虑顶底板的承载能力和稳定性。
开采速度
开采速度对顶底板应力的传递也有显著影响。较快的开采速度可能导致应力传递不及时，从而在顶底板中形成较大的应力集中。因此，合理的开采速度对于保持顶底板的稳定性至关重要。
支护方式
不同的支护方式对顶底板应力的传递和分布也有重要影响。例如，采用液压支架进行支护时，可以有效地分散和转移顶底板的应力集中，提高顶底板的稳