煤层开采覆岩破坏：PFC数值模拟与实测分析

"石磊.基于PFC的覆岩破坏高度数值模拟及实测分析[J].矿业安全与环保,2021,48(3):43-49." 本文探讨了在煤矿开采过程中覆岩破坏高度的计算与分析方法，以期了解煤层开采时覆岩裂隙发育和演化的具体情况。研究主要采用离散元颗粒流软件PFC3D进行数值模拟，以伊犁矿区作为实际研究案例。通过建立三维模型，并根据现场测量的宏观参数，模拟了工作面推进160米时不同煤层采高范围内的覆岩破坏情况。 研究发现，煤层的开采高度直接影响上覆岩层的垮落强度。两者之间存在正相关关系，即煤层采高越大，上覆岩层垮落的高度也越大，同时垮落强度增加。值得注意的是，尽管垮落高度随着采高增加而增大，但垮落发生的时间点大致保持不变，显示出垮落过程的规律性。 在PFC3D模拟中，覆岩内部的裂隙主要表现为竖向结构，裂缝倾角可达到50°以上，甚至接近垂直岩层层面。这种高角度的裂隙特征揭示了覆岩破坏过程中强烈的垂直应力释放和能量传递。钻孔实时彩色成像技术的运用，进一步验证了数值模拟的准确性，提供了对覆岩破坏状况的直观验证。 通过这种结合数值模拟与实地测量的研究方法，不仅能够定量分析覆岩破坏高度，还能深入理解覆岩裂隙的发育规律，这对于预防和控制煤矿开采中的地质灾害，尤其是顶板事故，具有重要意义。该研究对矿井安全管理和生产规划提供了科学依据，同时也为矿井水害防治提供了新的思路和技术支持。 关键词涉及的领域包括覆岩破坏高度的计算，离散元法在地质力学中的应用，数值模拟技术，裂隙的动态演化，以及通过钻孔可视化技术获取的地下信息。这些关键词反映了研究的深度和广度，涵盖了从理论模型构建到实际工程验证的全过程。 这项研究为矿产资源开采的安全性和效率提供了关键的理论支持，有助于优化采矿工艺，减少因覆岩破坏引发的安全隐患，从而提高矿山的可持续发展能力。