有限元强度增加法模拟综放开采覆岩垮落带与裂隙区分布

采矿与安全工程学报 ›› 2015, Vol. 32 ›› Issue (4): 623-627.

有限元强度增加法模拟综放开采覆岩垮落带与裂隙区分布

1．河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室，河南焦作 454000；2．中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心，河南焦作 454000；3．河南工程技术学校采矿工程系，河南焦作 454003； 4．贵州省煤矿设计研究院，贵州贵阳 550025

收稿日期:2013-12-28 出版日期:2015-07-15 发布日期:2019-09-02
作者简介:雷文杰(1972－)，男，安徽省潜山县人，博士后，研究员，从事煤矿地质灾害预测与治理方面的研究。
基金资助:
国家重大专项项目(2011ZX05040-005)；国家自然科学基金项目(51374094，U1361205，51374093)；河南省2009 年高校青年骨干教师资助计划项目；河南理工大学博士基金资助项目

Simulation of cover rock caving zone and fractured distribution in fully mechanized caving mining by strength increase finite element method (FEM)

Received:2013-12-28 Online:2015-07-15 Published:2019-09-02

摘要/Abstract

摘要： 在完善平面应变条件下Drucker-Prager 内切圆屈服准则推导过程的基础上，推导出 Drucker-Prager 内切圆向外切圆直接转换系数，及内摩擦角强度增加系数的适用范围，提出有限元强度增加的非连续介质极限分析方法。建立由煤层和上覆岩层组成的综放开采有限元模型，通过煤岩体强度增加获得工作面周期来压时顶煤、上覆岩层的极限状态，以及上覆岩层的垮落形状和裂隙带分布，并采取经验方法验证冒落带、裂隙带高度的可靠性，从而为非连续介质临界状态特征分析提供一种新的分析方法。

关键词: 有限元强度增加法, Mohr-Coulomb 内切圆, 综放开采, 垮落形状, 裂隙分布

Abstract: Based on the improving the derivation process on the yielding criterion of Drucker-Prager incircle under the condition of plain strain, the direct coefficient of transforming from Drucker-Prager incircle to circum-circle and the suitable application scope of strength increase on the internal friction angle have been deduced. Then based on the strength increase FEM, the limit analysis method of discrete medium has been put forward. The FEM model of the fully mechanized caving mine formed by coal seam and overlying strata has been built up. By the over-stratum and coal strength increasing, the model reaches its critical state in the roof and overlying strata under the periodic weighting. And the roof caving surface shape and the fissure distribution have been obtained automatically. The result of caving and fissure height by strength increase FEM has been confirmed by empirical method, resulting from which, a new method to analyze the features of discrete media of critical state has been provided.

Key words: strength increase FEM, yielding criterion matching with Mohr-Coulomb, fully mechanized longwall top coal caving, roof caving surface, fissure distribution

雷文杰，冯拥军，王兆丰，韩真理，余明高. 有限元强度增加法模拟综放开采覆岩垮落带与裂隙区分布[J]. 采矿与安全工程学报, 2015, 32(4): 623-627.

LEI Wenjie，FENG Yongjun，WANG Zhaofeng，HAN Zhenli，YU Minggao. Simulation of cover rock caving zone and fractured distribution in fully mechanized caving mining by strength increase finite element method (FEM)[J]. Journal of Mining & Safety Engineering, 2015, 32(4): 623-627.

[1]	崔峰，贾冲，来兴平，曹建涛，单鹏飞. 缓倾斜冲击倾向性顶板特厚煤层重复采动下覆岩两带发育规律研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2020, 37(3): 514-524.
[2]	龚选平，武建军，李树刚，成小雨，高涵. 低瓦斯煤层高强开采覆岩卸压瓦斯抽采合理布置研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2020, 37(2): 419-428.
[3]	冯国瑞，任玉琦，王朋飞，郭军，钱瑞鹏，李松玉1，孙强1，郝晨良. 厚煤层综放沿空留巷巷旁充填体应力分布及变形特征研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2019, 36(6): 1109-1119.
[4]	周勇，李飞，韩现刚. 综放开采覆岩破断与顶煤力链结构演化特性分析[J]. 采矿与安全工程学报, 2018, 35(4): 751-755.
[5]	马文强，王同旭，曲孔典. 基于薄板模型的高韧性煤层难冒放机理分析[J]. 采矿与安全工程学报, 2017, 34(4): 644-649.
[6]	杜锋，郑金雷. 薄基岩综放采场支架-围岩关系研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2017, 34(3): 418-424.
[7]	时成忠，刘长友，赵通. 综放工作面端头区煤岩的冒放规律及合理工艺参数综放工作面端头区煤岩的冒放规律及合理工艺参数[J]. 采矿与安全工程学报, 2017, 34(3): 425-430.
[8]	陈亮，吴兵，许小凯，商荣亚. 泥、砂岩交互地层综放开采覆岩破坏高度的确定[J]. 采矿与安全工程学报, 2017, 34(3): 431-436.
[9]	王新丰，高明中，李隆钦. 深部采场采动应力、覆岩运移以及裂隙场分布的时空耦合规律[J]. 采矿与安全工程学报, 2016, 33(4): 604-610.
[10]	韩军，张宏伟，高照宇，荣海，赵象卓，杨发武，王景新. 巨厚煤层软弱覆岩分层综放开采覆岩破坏高度研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2016, 33(2): 226-230.
[11]	田多，赵启峰，邵国安，师皓宇，刘刚，石来阳. 风氧化带内综放开采覆岩变异特征与矿压显现规律研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2015, 32(5): 808-813.
[12]	杨胜利，孔德中，杨敬虎，孟浩. 综放仰斜开采煤壁稳定性及注浆加固技术[J]. 采矿与安全工程学报, 2015, 32(5): 827-833.
[13]	崔峰，来兴平，曹建涛，单鹏飞. 急倾斜煤层水平分段综放面开采扰动影响分析[J]. 采矿与安全工程学报, 2015, 32(4): 610-616.
[14]	张宁波, 鲁岩, 刘长友, 杨培举. 综放开采煤矸自动识别基础研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2014, 31(4): 532-536.
[15]	张军, 王建鹏. 采动覆岩“三带”高度相似模拟及实证研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2014, 31(2): 249-254.