ANSYS在煤矿开采数值模拟中应用研究

摘要

以典型矿井山东华丰矿、阜新五龙矿和北京大台井为例,利用 ANSYS 有限元软件,对煤矿开采引起的地表沉陷、冲击地压危险区域确定和俯伪斜采煤法参数优化进行了数值模拟分析。分别针对所处的地质条件和赋煤状况,建立了二维或三维有限元模型,模拟计算了地表沉陷曲线和最大沉陷位置,指出山东华丰矿随开采推进沉陷位移和影响范围将逐渐扩大,最大沉陷位移逐步向开采方向前移的规律,当开采 800 m 时出现最大下沉速度 3.5 mm/d,最大沉陷位移为 3.7 m。五龙矿 311面当开采 100m 和 400 m 时分别由于火成岩墙和应力集中区贯通导致顶板易断裂而极易发生冲击地压事故;大台井俯伪斜采煤法煤层倾角只有在 60o～67o 时,推采距离才对煤层顶板法向最大压应力具有明显影响,且顶底板法向最大位移规律为上部位移大于中部位移,西中部位移又大于下部位移,在煤层倾角 70°时,工作面超前支撑压力作用范围最小为 30 m,而下巷道支撑压力作用范围最大为 25 m,巷道数为 3 时,顶板下巷道超前支撑压力峰值位置为 5.3 m。ANSYS 计算结果表明,该数值模拟是合理的,与实际情况基本吻合,说明 ANSYS 在煤矿开采领域是一种有效的数值模拟工具。