单位文秘网 2021-08-30 09:01:45 点击: 次
摘要随着开采强度增加,地表沉陷问题日益突出,这就迫使要求人们开展地表移动预计的研究工作。近几年来,随着研究的深入,各种预计方法相继被提出,例如数值模拟法,物理模拟法等等。这些大多数都是静态研究的方法。通过建立动态力学模型,来研究和预测地表移动和变形。
关键词开采沉陷;动态力学模型;矿区
中图分类号TD3文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)052-0094-01
0引言
在开采沉陷预计的力学方法中,大多采用静态力学方法,例如影响函数法、连续介质力学方法,数值模拟法等一系列理论。大多数都没有考虑随工作面推进距离的增加,岩体破坏范围增大这一客观事实。近年来,在国家的资助下,对力学方法预测地表移动变形进行了研究,取得了很多新的进展。本文主要运用动态力学模型研究和预测地表移动和变形。
1关于模型的依据和基本假设
由于岩体为弹脆性体,因此在岩体出现裂缝前,其移动变形可采用弹性理论求解。原岩应力在开采前已使岩体产生形变,开采后岩体的变形主要由附加应力引起,计算中需要去掉原岩应力引起的位移,同时,开采在一个方向上已达到足够的宽度,岩体在另一方向上的移动可看成梁的弯曲,采用梁理论求解。
岩体移动受刚度大的硬岩层移动所控制,刚度小的软岩随刚度大的硬岩移动,岩体移动可看成是组合岩梁的移动。而且,假定作用在岩体上的初始应力场为原岩应力场,即
(1)
式中、-第t層岩体的重力密度和厚度。
由于岩层的成层性和岩体性质的差异,实际作用在某一岩梁上的力可由下式判断和计算:
(2)
式中Ei、、分别为第i层岩体的弹性模量、重力密度和厚度,n为作用在梁上的岩层数。
同时,假设弹性地基符合Winkler地基假定。
2动态力学模型
在这里着重探讨顶板岩体跨落后开采沉陷模型的建立。由于顶板岩体垮落,分为两种情况:一种是垮落岩体未充满采空区,另一种是垮落岩体已充满采空区。同时,岩体跨落后,岩梁位置上移,而工作面继续推进,形成推进前方悬臂梁和后方简支梁弯曲、弹性基础上梁的弯曲。
2.1悬梁部分
悬梁部分岩体的挠度可通过逐层计算得到,层间满足接触滑动条件,对最下一层有微分方程:
(3)
(4)
式中 —悬梁的弹性模量和惯性矩;—作用在悬梁上的应力; S—简支梁半长;
边界条件为:
x时,
(5)
(6)
若x=0时,由式(10)(11)求解得到相等。左侧悬梁边界条件和右侧类似。
对于第二层悬梁,由滑移接触条件可得:
(7)
式中,为第i层悬梁的下沉。
2.2简支梁部分
(8)
(9)
式中,为简支梁和悬梁的挠度,为垮落岩体的地基反力,为作用在简支梁上的载荷。
对于地基反力,当岩体未充满采空区时,=0。当垮落岩体已充满采空区时,按最简单的情况考虑,假定符合Winkler地基假设,即有:
(10)
式中,为垮落岩体的地基系数,由下式计算:
(11)
m、n分别为顶板及底板受影响的岩层数。
参考文献
[1]邹友峰,邓喀中,马伟民.矿山开采沉陷工程[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.
[2]华安曾.矿山岩石力学基础[M].徐州:中国矿业大学出版社,1980.
[3]煤炭科学研究院北京开采.煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用[M].北京:煤炭工业出版社,1981.
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