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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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双系煤层采动导水裂隙演化规律的 FDEM 耦合模拟研究

作者(Author):

  • 李浩
  • 白海波
  • 马立强
  • 康志勤
  • 李志永
  • 缪小成
  • 武鹏飞
  • 韦 婕

作者单位:

  • 1.太原理工大学 原位改性采矿教育部重点实验室
  • 2.中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室
  • 3. 中国矿业大学 矿业工程学院
  • 4. 徐州中矿岩土科技股份有限公司
  • 5. 晋能控股煤业集团

关键词:

  • 双系煤层
  • 导水裂隙带
  • 连续-离散介质
  • 韧性断裂
  • 压剪摩擦
  • 摘要
  • 论文图表
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  • 引用格式

采动覆岩裂隙分布演化是防治顶板水害实现煤矿地下水资源保护的基础其数值结果准 确性的关键在于采动覆岩连续-离散转化及其耦合力学响应特征。 在纯拉纯剪断裂模式下引入 弹塑性损伤力学结合 Benzeggagh-Kenane 断裂准则得到准脆性岩石在拉剪复杂应力下的混合 型韧性断裂(MD)本构方程;构建离散块体接触状态判据结合直剪实验数据与 Sargin 剪切摩擦关 系导出适用于多种法向应力下的粗糙结构面压缩-剪切摩擦(SF)本构方程。 在此基础上编制有 限元 离散元(FDEM)数值计算程序实现采动覆岩连续-离散介质转化过程。 在数值计算 中分别将摩擦和断裂属性赋予结构面接触对) 、零厚度黏聚力单元通过共享节点力的方式实现 岩石断裂-摩擦耦合。 采用断裂力学实验和直剪试验识别材料参数并验证 MD-SF 本构方程的合 理性。 在此基础上模拟研究双系煤层采动导水裂隙随工作面推进的演化规律。 结果表明:1 MD-SF 本构方程组及相应的 FDEM 数值计算方法可实现岩体从连续介质到离散介质的转化过 程较好反映准脆性岩石混合型韧性断裂及粗糙结构面的剪切摩擦响应;模拟条件下岩层与煤 层间距越小导水裂隙总宽度随大且开采过程中裂隙总宽度是覆岩运动稳定后的 2.26 ~ 7.11 , 表明采动过程中更容易出现水害;高岭土砂岩显著的韧性破坏特征能有效控制其内导水裂隙高 度但在双系煤层重复开采扰动下覆岩裂高比为 20.8远超经验公式所得结果。 采动覆岩导水裂 隙高度成果在大同矿区得到应用和检验为进一步开展采动覆岩运动水体下安全采煤保水采煤 设计等提供理论支撑


李浩,白海波,马立强,等.双系煤层采动导水裂隙演化规律的 FDEM 耦合模拟研究[J].煤炭学报,2022,47(12):4443-4454.
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