采礦工程數(shù)值模擬技術(shù)研究進(jìn)展

1、 采礦工程數(shù)值模擬技術(shù)研究進(jìn)展摘要： 現(xiàn)在的采礦工程已不僅是開(kāi)采問(wèn)題, 而且還要注意圍巖穩(wěn)定性和巖層控制。由于開(kāi)采中的圍巖具有很多的不確定因素, 采用一些傳統(tǒng)的分析方法解決些問(wèn)題的弊端越來(lái)越大, 于是一些專門(mén)用于解決采礦工程問(wèn)題的數(shù)值分析軟件應(yīng)運(yùn)而生, 且發(fā)展迅速, 其兼容性和開(kāi)放性越越好; 根據(jù)采礦工程的自身特點(diǎn), 數(shù)值模擬在解決該問(wèn)題的作用越來(lái)越大。一、 緒論近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，使得數(shù)值計(jì)算方法在采礦工程問(wèn)題分析中得到了廣泛運(yùn)用，極大地促進(jìn)了采礦工程學(xué)科的發(fā)展。其中，常用的數(shù)值計(jì)算方法有：有限差分法、有限元法、邊界元法、加權(quán)余量法、半解析元法、剛體元法、非連續(xù)變形分析法、離散元法、

2、無(wú)界元法和流行元方法等。數(shù)值模擬不僅能模擬巖體的復(fù)雜力學(xué)和結(jié)構(gòu)特性，也可以很方便地分析各種邊值問(wèn)題和施工工藝過(guò)程對(duì)硐室或巷道圍巖穩(wěn)定性的影響，并對(duì)工程巖體穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)。如果能從宏觀上準(zhǔn)確地把握巖體的力學(xué)特性，通過(guò)地應(yīng)力測(cè)試把握地應(yīng)力場(chǎng)，數(shù)值力學(xué)分析結(jié)果完全可以用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。近年來(lái)，數(shù)值模擬技術(shù)得到了大力發(fā)展，已成為解決采礦工程和其他巖土工程問(wèn)題的重要研究手段之一。1. 采礦工程的特點(diǎn) 采礦工程中巖土工程問(wèn)題非常突出。在采礦工程進(jìn)行過(guò)程中，工作面上的覆巖層受到破壞與損傷，是不可避免的。采礦工程工作的指導(dǎo)思想是材料和結(jié)構(gòu)破壞后的力學(xué)行為。其在開(kāi)采過(guò)程中，主要考慮的問(wèn)題有采場(chǎng)圍巖控制問(wèn)題和巷道

3、圍巖控制問(wèn)題。采場(chǎng)圍巖控制是指巖體結(jié)構(gòu)受到了什么樣的破壞，遭受破壞后其能否繼續(xù)趨于穩(wěn)定，若發(fā)生失穩(wěn)，則考慮其失穩(wěn)后的巖層結(jié)構(gòu)、形態(tài)變化。巷道圍巖控制是指開(kāi)采礦后，覆巖在外力的作用下，發(fā)生移動(dòng)、變形和損壞等現(xiàn)象，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律。該考察內(nèi)容包括開(kāi)采工作對(duì)工作面周圍巷道圍巖穩(wěn)定性的影響。2.采礦工程中存在的主要問(wèn)題 采礦工程中巖土工程問(wèn)題尤為突出，采場(chǎng)頂板垮落、覆巖移動(dòng)及控制采動(dòng)引起的高應(yīng)力軟巖巷道圍巖控制，深部開(kāi)采的地溫和地壓都需要進(jìn)一步的研究。采礦工程問(wèn)題中，必須研究材料和結(jié)構(gòu)破壞后的力學(xué)行為，其存在的主要問(wèn)題可分為兩大類： 1）巷道圍巖控制問(wèn)題，即開(kāi)采后覆巖移動(dòng)、變形和破壞導(dǎo)致圍巖應(yīng)

4、力場(chǎng)的變化規(guī)律；開(kāi)采對(duì)工作面周圍巷道圍巖穩(wěn)定性的影響，以及采動(dòng)影響下巷道圍巖控制機(jī)理及控制技術(shù)。2）采場(chǎng)圍巖控制問(wèn)題，即巖體結(jié)構(gòu)是如何破斷的、破斷后的巖塊是否趨于穩(wěn)定狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)失穩(wěn)后的形態(tài)變化。采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)是指礦體采出后圍巖內(nèi)重新分布的應(yīng)力場(chǎng)，它是巖體變形破裂運(yùn)動(dòng)之源。但由于原巖應(yīng)力狀態(tài)及開(kāi)采后應(yīng)力場(chǎng)難以測(cè)定，其有關(guān)的理論描述和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定均不成熟。受采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)影響，采動(dòng)巖體將發(fā)生變形直至破裂，破裂后的塊狀圍巖體將形成堆砌結(jié)構(gòu)，其失穩(wěn)即造成巖體運(yùn)動(dòng)，直至再形成穩(wěn)定的塊狀堆砌結(jié)構(gòu)。3.數(shù)值模擬方法在采礦工程中的有效應(yīng)用 綜合考慮采礦工程的特點(diǎn)與數(shù)值模擬方法的發(fā)展歷程，采礦工程專用數(shù)值模擬軟件必須考慮

5、到采礦工程的特點(diǎn)及其開(kāi)采過(guò)程中會(huì)遇到的問(wèn)題，數(shù)值模擬方法反映了采礦工程的專業(yè)色彩。因開(kāi)采礦過(guò)程中引發(fā)的覆巖移動(dòng)是具有其特殊的規(guī)律的，所以我們?cè)诔浞挚紤]采礦工程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，充分研究采礦工程數(shù)值力學(xué)分析法的各方面，研究?jī)?nèi)容包括數(shù)值計(jì)算法、模型合理范圍等。二、數(shù)值模擬方法的現(xiàn)狀1、隨著工程設(shè)計(jì)、科研等要求的不斷提高以及計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的快速發(fā)展，數(shù)值力學(xué)分析已經(jīng)成為解決復(fù)雜工程分析問(wèn)題的常規(guī)手段，其主要作用表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）研究工程問(wèn)題內(nèi)在的力學(xué)機(jī)理（2）增加工程和產(chǎn)品的可靠性（3）在工程和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題（4）經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低工程和產(chǎn)品的成本（5）集成盡快確

6、定工程問(wèn)題的設(shè)計(jì)方案，加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)（6）模擬物理試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)次數(shù)，從而減少試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。 目前各種數(shù)值方法的分析軟件很多，如國(guó)際著名的有限分析軟件有ADINA、ANSYS、MSC等，這些軟件功能大而全，但因不是專門(mén)為巖土工程問(wèn)題開(kāi)發(fā)，在解決巖土及采礦工程問(wèn)題時(shí)，如分析軟巖巷道的大變形和采礦工程中頂板垮落等問(wèn)題時(shí)，經(jīng)常很難計(jì)算，于是專門(mén)為巖土和采礦工程數(shù)值分析開(kāi)發(fā)的軟件應(yīng)運(yùn)而生，如 FIAC、UDEC、RFPA等。目前數(shù)值力學(xué)分析軟件的發(fā)展表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）與CAD軟件的無(wú)縫。用CAD軟件設(shè)計(jì)的圖形能直接將模型傳送到數(shù)值分析軟件中建模并進(jìn)行分析計(jì)算。（2）強(qiáng)大可靠的自動(dòng)建模能力。對(duì)大多

7、數(shù)數(shù)值分析軟件來(lái)說(shuō)，模型細(xì)化是建模的關(guān)鍵一步。模型離散后的網(wǎng)格質(zhì)量直接控制求解時(shí)間，結(jié)果誤差大小。（3）由求解線性問(wèn)題發(fā)展到非線性。（4）由求解結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)展到耦合場(chǎng)。（5）程序的開(kāi)放性。 三、 數(shù)值模擬方法在采礦工程中的應(yīng)用1、.采礦工程中存在的主要問(wèn)題采礦工程中巖土工程問(wèn)題尤為突出，采場(chǎng)頂板垮落、覆巖移動(dòng)及控制采動(dòng)引起的高應(yīng)力軟巖巷道圍巖控制，深部開(kāi)采的地溫和地壓都需要進(jìn)一步的研究。采礦工程問(wèn)題中，必須研究材料和結(jié)構(gòu)破壞后的力學(xué)行為，其存在的主要問(wèn)題可分為兩大類： 一是采場(chǎng)圍巖控制問(wèn)題，即巖體結(jié)構(gòu)是如何破斷的、破斷后的巖塊是否趨于穩(wěn)定狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)失穩(wěn)后的形態(tài)變化。二是巷道圍巖控制問(wèn)題，即開(kāi)采后

8、覆巖移動(dòng)、變形和破壞導(dǎo)致圍巖應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律；開(kāi)采對(duì)工作面周圍巷道圍巖穩(wěn)定性的影響，以及采動(dòng)影響下巷道圍巖控制機(jī)理及控制技術(shù)。2、.數(shù)值模擬方法在采礦工程中的應(yīng)用 對(duì)采礦工程數(shù)值模擬方法的各方面展開(kāi)研究。從數(shù)值模擬方法的發(fā)展歷程和采礦工程問(wèn)題的特點(diǎn)看，采礦工程數(shù)值模擬方法必須要反映采礦工程問(wèn)題的特點(diǎn)，在數(shù)值模擬軟件的取向更偏重于能反映采礦工程問(wèn)題特點(diǎn)的專業(yè)化軟件。實(shí)際上，開(kāi)采引起的覆巖移動(dòng)變形有其自身的規(guī)律和特殊性，因此要結(jié)合采礦工程問(wèn)題的特點(diǎn)，對(duì)采礦工程數(shù)值力學(xué)分析方法的各個(gè)方面，包括數(shù)值計(jì)算方法、模型的合理范圍和邊界條件等需要進(jìn)行專門(mén)的研究。 （1）新型開(kāi)采工藝研究 隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)和經(jīng)濟(jì)

9、可持續(xù)發(fā)展理念的增強(qiáng)，提出了煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)，其內(nèi)容主要包括：水資源保護(hù)，形成“保水開(kāi)采”技術(shù)；土地與建筑物保護(hù)開(kāi)采技術(shù)，如離層注漿、充填與條帶開(kāi)采技術(shù)；瓦斯抽放，形成“煤與瓦斯共采”技術(shù)；煤層巷道支護(hù)與減少矸石排放技術(shù)；地下氣化技術(shù)。上述技術(shù)的許多方面屬前沿性的研究課題，在缺乏試驗(yàn)設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的情況下，需要采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行理論性和前瞻性的研究，研究煤礦新型開(kāi)采工藝，除研究開(kāi)采引起的覆巖移動(dòng)變形規(guī)律及巖層控制技術(shù)外，還涉及到材料力學(xué)特性的研究，如充填材料的特性等。 （2）各種動(dòng)力災(zāi)害及控制技術(shù)研究 地震波及各種動(dòng)力源對(duì)各種巖土工程帶來(lái)極大的危害，煤礦井下經(jīng)常出現(xiàn)瓦斯突出和沖擊地壓，進(jìn)

10、一步采用數(shù)值模擬方法從機(jī)理上分析這些動(dòng)力現(xiàn)象對(duì)工程巖體穩(wěn)定性的影響、研究消除或減輕這些動(dòng)力危害的技術(shù)措施。 （3）熱力學(xué)分析近年來(lái)，大力發(fā)展了煤炭的潔凈利用。煤炭地下氣化、圍巖的活動(dòng)規(guī)律及巖層控制問(wèn)題需要采用數(shù)值力學(xué)分析方法進(jìn)行熱力學(xué)分析。要深入研究該問(wèn)題，首先要研究煤層及圍巖在煤炭地下氣化過(guò)程中的力學(xué)特性。（4）固體與液體的耦合作用淺部地下巖層存在大節(jié)含水層，煤礦井下開(kāi)采引起大量含水層失水，如底板突水等；此外井巷支護(hù)中的注漿加固、堵水等。這些問(wèn)題都涉及到流體或固體、液體和氣體的多種耦合作用，研究該問(wèn)題同樣需要采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行分析。（5）深部開(kāi)采軟巖巷道同巖控制及技術(shù)研究隨著采深的增大，高

11、應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)問(wèn)題更加突出，需要進(jìn)一步研究深部開(kāi)采條件下的巷道圍巖控制機(jī)理及技術(shù)。一般受采動(dòng)強(qiáng)烈影響后，巷道圍巖多呈現(xiàn)極不均勻的移動(dòng)變形。需要結(jié)合數(shù)值模擬方法研究受采動(dòng)影響巷道的周巖移動(dòng)變形特征，并采取相應(yīng)的圍巖控制技術(shù)措施。（6）巖體蠕變特性對(duì)工程巖體穩(wěn)定性的影響巖體蠕變特性是巖體強(qiáng)度隨時(shí)間變化的一個(gè)固有特性，特別是軟巖，問(wèn)題更加突出。我國(guó)軟巖礦井分布十分廣泛，全國(guó)大多數(shù)礦區(qū)都存在此類問(wèn)題。此外在地鐵隧道、水利等各領(lǐng)域也都存在類似的問(wèn)題，巖體蠕變特性的研究和分析對(duì)保證各類巖土工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性至關(guān)重要。近幾年隨著礦井的衰老，許多礦井“三下”采煤的問(wèn)題越來(lái)越突出，尤其是采用條帶式、房柱式還是采

12、用充填開(kāi)采，都存在一個(gè)煤柱或充填體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題，迫切需要采用數(shù)值模擬方法對(duì)此進(jìn)行深入研究。（7）采礦工程問(wèn)題的三維數(shù)值模擬 地下開(kāi)采圍巖的力學(xué)行為是一個(gè)涉及時(shí)間和空間的復(fù)雜問(wèn)題，用傳統(tǒng)的平面模型難以反映問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，有時(shí)很難建模，如工作面推進(jìn)過(guò)程中，開(kāi)采對(duì)工作面周圍巷道圍巖穩(wěn)定性的影響問(wèn)題，因此需要建立立體模型來(lái)反映采礦過(guò)程中的力學(xué)問(wèn)題。由于三維數(shù)值模擬比較費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，比較好的處理辦法是將三維數(shù)值模擬和平面問(wèn)題結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究。三、充分采動(dòng)與非充分采動(dòng)充分采動(dòng)是指地下煤層采出后，地表下沉值達(dá)到該地質(zhì)采礦條件下應(yīng)有最大值時(shí)的采動(dòng)稱充分采動(dòng)。此后開(kāi)采工作面的尺寸再繼續(xù)擴(kuò)大時(shí)，地表的影響范圍相應(yīng)擴(kuò)

13、大，但地表最大下沉值不再增加，地表移動(dòng)盆地將出現(xiàn)平底。通常把地表移動(dòng)盆地內(nèi)只有一個(gè)點(diǎn)的下沉值達(dá)到最大下沉值的采動(dòng)情況，稱為充分采動(dòng)，此時(shí)的開(kāi)采稱為臨界開(kāi)采。地表有多個(gè)點(diǎn)的下沉值達(dá)到最大下沉值的采動(dòng)情況，稱為超充分采動(dòng)，此時(shí)的開(kāi)采稱為超臨界開(kāi)采。超充分采動(dòng)時(shí)，靜態(tài)地表移動(dòng)盆地將出現(xiàn)平底。采空區(qū)尺寸(長(zhǎng)度和寬度)小于該地質(zhì)采礦條件下的臨界開(kāi)采尺寸時(shí)，地表任意點(diǎn)的下沉值均未達(dá)到該地質(zhì)采礦條件下應(yīng)有的最大下沉值，稱這種采動(dòng)為非充分采動(dòng)。工作面沿一個(gè)方向(走向或傾向)達(dá)到臨界開(kāi)采尺寸，而另一個(gè)方向未達(dá)到臨界開(kāi)采尺寸時(shí)，也屬于非充分采動(dòng)，見(jiàn)圖1-1(a)。圖1-1 充分采動(dòng)角及確定方法示意圖(a)走向充分

14、傾向非充分采動(dòng)；(b)充分采動(dòng)角確定方法 實(shí)際觀測(cè)表明，采空區(qū)的長(zhǎng)度和寬度均達(dá)到和超過(guò)1.21.4H0(H0認(rèn)為平均開(kāi)采深度)時(shí)，地表可達(dá)到充分采動(dòng)。 充分采動(dòng)的范圍用充分采動(dòng)角(以表示)確定。充分采動(dòng)角的確定方法是：在充分采動(dòng)條件下，在地表移動(dòng)盆地的主斷面上，移動(dòng)盆地平底的邊緣(在地表水平線上的投影點(diǎn))和同側(cè)采空區(qū)邊界連線與煤層在采空區(qū)一側(cè)的夾角稱為充分采動(dòng)角。下山一側(cè)的充分采動(dòng)角以表示，上山一側(cè)的充分采動(dòng)角以表示，走向方向的充分采動(dòng)角以表示，見(jiàn)圖1-1。由走向和傾向充分采動(dòng)角共同圈定的范圍為充分采動(dòng)區(qū)，該區(qū)域內(nèi)巖體的下沉值均達(dá)到該地質(zhì)采礦條件下的最大值。四、巖層移動(dòng)范圍通常用邊界角、移動(dòng)角

15、圈定移動(dòng)盆地的邊界。(一)用邊界角確定移動(dòng)盆地最外邊界是以地表移動(dòng)和變形都為零的盆地邊界點(diǎn)所圈定的邊界?？紤]到觀測(cè)誤差，一般取下沉為l0 mm的點(diǎn)為邊界點(diǎn)，見(jiàn)圖1-3中ABCD。在充分采動(dòng)或接近充分采動(dòng)的條件下，地表移動(dòng)盆地主斷面上盆地邊界點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為邊界角。當(dāng)有松散層存在時(shí)，應(yīng)先從盆地邊界點(diǎn)用松散層移動(dòng)角畫(huà)線和基巖與松散層交接面相交，此交點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為邊界角。按不同斷面，見(jiàn)圖1-3，邊界角分為走向邊界角0、下山邊界角0、上山邊界角0、急傾斜煤層的底板邊界角0。(二)用移動(dòng)角確定危險(xiǎn)移動(dòng)邊界是以盆地內(nèi)地表移動(dòng)與變形對(duì)建筑物有

16、無(wú)危害而劃分的邊界。對(duì)建筑物有無(wú)危害的標(biāo)準(zhǔn)是以臨界變形值來(lái)衡量的。針對(duì)一般磚木結(jié)構(gòu)建筑物確定的一組臨界變形值是：i3mmm、2mmm、k0.2mmms。用這個(gè)指標(biāo)圖定的范圍以外，為地表移動(dòng)和變形對(duì)建筑物不產(chǎn)生明顯損害的地帶，在圈定的范圍以內(nèi)為地表移動(dòng)和變形對(duì)建筑物特產(chǎn)生有害影響的地帶，如圖1-2中A'B'C'D'所示圖1-2 地表移動(dòng)盆地與邊界角、移動(dòng)角示意圖在充分采動(dòng)或接近充分采動(dòng)的條件下，地表移動(dòng)盆地主斷面上傾斜、曲率和水平變形三個(gè)臨界變形值中員外邊的一個(gè)臨界變形值點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為移動(dòng)角。當(dāng)有松散層存在時(shí)，應(yīng)從最外邊的臨界變形

17、值點(diǎn)用松散層移動(dòng)角畫(huà)線和基巖與松散層交接面相交，此交點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為移動(dòng)角。根據(jù)不同斷面，移動(dòng)角分為走向移動(dòng)角、下山移動(dòng)角、上山移動(dòng)角和急傾斜煤層的底板移動(dòng)角。五、工作面推進(jìn)100m圍巖應(yīng)力變化及其特點(diǎn)圖1-3顯示了工作面推進(jìn)100 m，即位于7#煤層煤柱邊緣的正下方時(shí)，9#煤層頂板xy方向剪應(yīng)力分布。由圖可見(jiàn)，xy方向剪應(yīng)力在煤柱下方的分布極不規(guī)則，最大正值達(dá)5MPa，最小負(fù)值為-10 MPa，正負(fù)值之間的間距很小，由于剪應(yīng)力的跳躍性變化，必然在圍巖中形成應(yīng)力勢(shì)能的集聚造成煤巖體的破壞，所以，煤柱下方的煤巖層為工作面開(kāi)采時(shí)最容易發(fā)生沖擊礦壓或煤巖體突出的區(qū)域。

18、圖1-3 xy方向剪應(yīng)力圖1-4 xz方向剪應(yīng)力圖1-5 yz方向剪應(yīng)力圖1-6 垂直應(yīng)力圖1-4、圖1-5分別顯示了工作面推進(jìn)100 m時(shí)，9#煤層頂板xy方向和yz方向的剪應(yīng)力分布。由圖可見(jiàn)，xz方向和yz方向剪應(yīng)力在煤柱下方9#煤層頂板中出現(xiàn)了應(yīng)力集中，應(yīng)力集中系數(shù)最大值分別達(dá)到5和4，其中，由于煤柱長(zhǎng)邊與工作面走向方向一致，xz方向剪應(yīng)力集中系數(shù)高于yz方向的?？梢灶A(yù)見(jiàn)，xz方向剪應(yīng)力在煤巖體破壞中起主要作用。圖1-6是工作面推進(jìn)100 m時(shí)，9#煤層頂板的垂直應(yīng)力分布田。由圖可見(jiàn)，在煤柱下方9#煤層頂板中形成明顯的應(yīng)力集中，垂直應(yīng)力峰值均出現(xiàn)在工作面靠煤柱一側(cè)的煤巖體中，說(shuō)明開(kāi)采10

19、0 m(即工作面位于煤柱邊緣正下方)時(shí)，煤柱對(duì)9202工作面煤層垂直應(yīng)力影響十分強(qiáng)烈，應(yīng)力峰值達(dá)到原巖應(yīng)力的7倍，此時(shí)，如果煤巖體的自然屬性許可，在該煤巖體中發(fā)生沖擊地壓和煤巖體突出的可能性極大。由圖1-3圖1-6可以看出在工作面前方10 m處的煤巖體中，出現(xiàn)應(yīng)力集中的最大值，圖1-7圖1-9所示為工作面前方10 m處垂直剖面上各應(yīng)力分布圖。圖1-7 工作面前方10m處垂直剖面上x(chóng)y方向剪應(yīng)力分布圖圖10-18 垂直應(yīng)力圖1-8工作面前方10m處垂直剖面上x(chóng)z方向剪應(yīng)力分布圖圖1-9工作面前方10m處垂直剖面上yz方向剪應(yīng)力分布圖六、工作面開(kāi)采過(guò)程中材料道圍巖應(yīng)力變化及其特點(diǎn)9202工作面材料

20、道距7#煤層中留設(shè)煤柱邊緣水平距離(沿x方向)為60 m，由圖10-20可以看出，隨著工作面與煤柱位置關(guān)系不同，工作面前方20m范圍內(nèi)，材料道下幫煤體內(nèi)的垂直應(yīng)力呈一定的規(guī)律變化，在工作面推進(jìn)到距7#煤層中留設(shè)煤柱邊緣水平距離（沿y方向)為20m之前，垂直應(yīng)力分布基本相同，煤柱的影響只是在煤柱下方，垂直應(yīng)力變化不大，當(dāng)工作面推進(jìn)到臨近煤柱邊緣正下方時(shí)，煤柱的影響越來(lái)越劇烈，應(yīng)力集中越來(lái)越明顯，最大應(yīng)力集中系數(shù)達(dá)到12，此時(shí)對(duì)巷道的維護(hù)極為不利。所以在工作面推進(jìn)到煤柱下方時(shí)應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，而且要加快工作面的推進(jìn)速度。圖1-10工作面開(kāi)采過(guò)程中工作面前方20m范圍內(nèi)材料道下幫煤體內(nèi)的垂直應(yīng)力分布七、總結(jié)采礦工程中的巖土工程問(wèn)題有自身的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在采礦領(lǐng)域的大部分圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題都涉及到開(kāi)采引起的強(qiáng)烈影響。引起圍巖應(yīng)力重新分布帶來(lái)的高應(yīng)力作用以及圍巖的大范圍移動(dòng)和嚴(yán)重破裂，導(dǎo)致研究問(wèn)題的復(fù)雜化。 隨著數(shù)值模擬軟件功能的逐漸強(qiáng)大，采礦工程問(wèn)題的研究手段越來(lái)越多，但是由于大多數(shù)的采礦工程問(wèn)題處于地下，存在著很多的不確定因素。還有很多的采礦工程問(wèn)題需要通過(guò)數(shù)值模擬的手段進(jìn)行深入的研究。只有充分了解采礦工程的特殊性，才能更好地應(yīng)用