[发明专利]一种基于FLAC3D数值模拟矿产开采的地表下沉量预算方法

说明书

本发明公开了一种基于FLAC3D数值模拟的地表下沉量计预算方法，对实际揭露矿产的钻孔进行分析，结合实际开采时矿产的地质条件，以采掘工作面走向、倾向长度及选取钻孔矿层顶底板岩层厚度为模型的X、Y、Z长度，建立数值模型，选取摩尔‑库伦物理模型准则，矿产开采后的模型定义为空模型，并将模型底部定义为全约束边界，左右边界、前后边界为约束边界条件，模拟开采过程中，在模型顶部按上覆岩层的重力施加向下的应力，利用节点号输出地表下沉量数值。本发明结合物理力学测试，利用FLAC3D数值模拟软件，建立分析、调试模型，执行矿产开采模拟求解，获取模型响应结果，量化矿产开采对地表沉陷的影响，操作简单且易于实际应用。

技术领域

本发明涉及煤层、金属矿产等领域矿层开采过程中地表下沉量预算方法，具体涉及一种基于FLAC3D数值模拟矿产开采地表下沉量的预算方法。

背景技术

矿层采出后，采区围岩原始应力平衡遭到破坏，使得岩层产生移动和变形，当开采面积达到一定范围后，岩层移动便会扩展到地表，从而引起地表的下沉。针对矿层开采造成的地表下沉量一般是在实际开采过程中进行的实时监测，难以对其进行事前的预测，而室内相似试验模拟不仅费用大，且耗时耗力。

发明内容

本发明的目的就是提供一种省时省力、成本低，能在未进行矿产开采时即可预测矿层开采后对地表下沉的影响的一种基于FLAC3D数值模拟矿产开采的地表下沉量预算方法。

本发明的一种基于FLAC3D数值模拟矿产开采的地表下沉量预算方法，包括，

步骤1：分析揭露矿产的钻孔，确定实际开采时矿产的采厚、埋深、覆岩厚度、采掘工作面走向、倾向长度地质条件，根据所确定的上述地质条件，以采掘工作面走向、倾向长度及选取钻孔矿层顶底板岩层厚度为模型的X、Y、Z长度；

步骤2：根据矿产及其顶底板岩性力学测试获取各岩层的厚度、密度、内摩擦角、抗拉强度、泊松比、弹性模量基础参数，另外，岩层的体积模量和剪切模量根据泊松比和弹性模量进行计算得到，其计算公式如下：

其中：K—体积模量，G—剪切模量，E—弹性模量，υ—泊松比；

步骤3：根据摩尔-库伦物理模型准则，矿产开采后该岩层的物理模型定义为空模型，并定义如下的模型边界条件并进行模型平衡分析，

(1)位移边界

①将模型底部定义为全约束边界，即节点在X、Y和Z方向上的位移均为0；

②左右边界、前后边界为约束边界条件，即X和Y方向均固定，水平位移为0)，Z方向为自由边界，不予约束；

(2)应力边界

①模型顶部为地表，故上边界初始垂直应力条件为0；

②模拟开采过程中，为便于模型研究，将上覆岩层的重力假设为均匀荷载，在模型顶部按上覆岩层的重力，施加向下的应力，具体公式如下：

q＝Σ_γh，

式中：q——模型上部边界的应力荷载，

γ——开采矿层上覆岩体的平均容重，

h——开采矿层上覆岩体的厚度，

另，模型X和Y方向上的应力条件按侧压系数λ(一般取泊松比的倒数)与垂直应力的乘积施加水平应力，侧压系数的变化范围如下：

式中：H为采深，

根据上述边界条件、应力条件的设定，对模型进行运行处理；