煤层回采底板应力分布及破坏研究：FLAC3D模拟

"该文基于弹性理论和FLAC3D数值模拟软件，研究了煤层底板在采动过程中的应力分布和破坏特征，重点分析了底板的剪应力变化和垂直应力分布规律，以及底板的最大破坏深度。研究发现底板垂直应力呈现‘椭圆型’分布，剪应力等值线呈‘泡型’分布，最大剪应力出现在工作面推进至工作面见方期，可达12 MPa，导致底板剪切破坏最严重。" 在煤层开采过程中，底板岩体的稳定性至关重要，因为它直接影响到矿井的安全和生产效率。文中提到的研究主要关注底板的应力分布和破坏特征，这在煤矿安全管理和防灾减灾中起到关键作用。研究者首先利用弹性力学理论建立了一个沿煤层走向的底板受力力学模型，通过这个模型，他们能够计算煤层回采过程中底板任意位置的剪应力。 在实际应用中，武所屯煤矿16105工作面被用作案例，采用FLAC3D软件进行流固耦合数值模拟。研究发现，采空区底板的垂直应力分布呈现"椭圆型"，意味着垂直应力在底板深处先急剧下降，然后缓慢上升，上升幅度逐渐减小。另一方面，工作面两侧的底板剪应力等值线则近似"泡型"，揭示了剪切应力在工作面推进过程中随时间的动态变化。 特别地，当工作面推进至工作面见方期，即工作面推进距离等于其斜长时，底板剪应力达到峰值12 MPa，这是底板剪切破坏最为严重的阶段。此外，通过数值模拟计算得出，16105工作面底板的最大破坏深度约为15米。这一发现对于预测底板破坏范围，提前采取加固或排水措施，防止底板突水事故具有重要意义。 过去的理论研究虽然为煤矿安全生产提供了指导，但大多未充分考虑底板的渗流场-应力场耦合效应，而这一耦合作用在底板破坏尤其是底板突水问题中起着决定性作用。因此，本文的研究不仅补充了这一理论空白，也为实际采矿工程提供了更精确的底板稳定性评估方法。 这项研究深化了我们对煤层底板在采动过程中应力分布和破坏模式的理解，为矿井安全设计和灾害防治提供了新的科学依据，有助于提高煤矿的安全性和经济效益。未来的研究可能将进一步探讨不同地质条件下底板的响应，以及如何优化开采策略以减少底板破坏。