张元 等
Figure 5. Vertical displacement of XZ section of Coulomb's model 图5. 库仑摩尔模型XZ切面垂直位移
为直观分析两种不同模型下的逐步开挖顶底板相对位移量变化规律，导出顶底板最大相对位移量曲线，如图6。
Figure 6. Comparison curve of maximum relative displacement 图6. 最大相对位移量对比曲线
由图6可知，随着工作面开采逐步进行，顶底板相对位移量曲线呈上凸形逐步递增，且在进行第2步开挖时相对位移量增加率最大。对比两种模型相对垂向位移量曲线可知层理构造发育地区开采扰动导致的顶底板变形量较层理不发育地区的变形量要大，由此可知层理构造会降低顶底板地层的强度，进而导致顶底板更容易发生变形。
4. 结论
本文通过对比多节理模型和库仑摩尔模型，分析了采煤工作面逐步开采层理构造发育对工作面顶底板破坏变形的影响，通过对比分析在多节理模型和库仑摩尔模型下工作面底板的破坏变形特征得出。
1) 在多节理模型中，破坏类型主要为张拉破坏和剪切破坏，张拉破坏区域主要分布在顶底板中部区域，剪切破坏主要分布在工作面顶底板的两侧。并且随着开采进度顶底板塑性破坏区分布范围逐渐扩大，工作面顶底板破坏深度逐渐向顶底板围岩延伸，最后一步开挖达到最大破坏深度30 m，破坏区垂向分布范围40~60 m。并且先采区域顶底板破坏垂向分布范围较后采区域要广。
DOI: 10.12677/me.2020.83046
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2) 在库仑摩尔模型中，随着工作面开采进尺，顶底板的塑性区分布纵向延伸范围较多节理模型的破坏范围要小，垂向破坏分布范围在20 m左右，并且破坏类型以顶底板的张拉破坏为主，仅在第三步开挖时在底板右侧出现剪切破坏。并且先采区与后采区的纵深破坏范围分布受开挖进尺影响较小。
3) 通过对两种模型顶底板的相对垂向位移量分析，可知层理构造发育地区开采扰动导致的顶底板变形量较层理不发育地区的变形量要大，由此可知层理构造会降低顶底板地层的强度，进而导致顶底板更容易发生变形。
综上所述可知在层理构造发育区域，采煤工作面顶底板的结构强度较层理不发育地区要低。导致顶底板更容易发生破坏变形，当受到开挖扰动产生次生裂隙时，极大程度上会导通与顶底板含水层之间的水力联系，进而引发突水事故。故而在层理构造发育地区开采煤资源时，应注意加强对顶底板的水害防治与采空区的支护。
基金项目
安徽省教育厅2019年高校自然科学研究重大项目(KJ2019ZD11)；国家自然科学基金面上项目(No. 419 77253)。
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基于FLAC3D多节理模型的顶底板采动变形破坏特征研究 - 图文
