基于FLAC^3D横观各向同性模型的煤矿井田初始地应力场反演方法

余大军¹，杨张杰¹，郭运华²，杨永刚¹，王波¹

1. 安徽省煤炭科学研究院矿山支护中心2. 武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室

摘 要：大多数初始地应力场的反演均将对象岩体简化为各向同性弹性体,但是对于具有层状构造、倾角多变、力学性质方向差异较大的含煤地层,这样简化就会导致反演结果误差很大,同时这种多层交互岩体在计算建模、参数取值等过程中也存在难度。为了提高具有复杂地质条件的煤系地层初始地应力场反演精度,提出了基于FLAC^3D横观各向同性弹性模型和各向同性弹性模型相结合的地应力反演方法。同时为解决多层交互、倾角多变等煤系地层的计算建模、参数选取等问题,根据岩层交互规律、岩性特征,通过对复杂地层进行地质概化,建立与实际岩层基本一致的计算模型,进行数值试验,得到了用于数值计算的多层岩体等效力学参数。根据数值试验结果,建立了局部区域的横观各向同性弹性模型和各向同性弹性模型相结合的计算模型,利用偏最小二乘回归方法拟合地应力场并将地应力场精确加载至计算模型并实现力的平衡,最终完成初始地应力场的加载。结果表明,采用建立数值模型来计算各层岩体的等效力学参数的方法优化了建模过程,提高了数值计算效率。对比两种方法反演结果,采用横观各向同性模型进行计算更能体现具有层状构造的煤系地层力学性质的方向差异性,能有效提高局部区域的地应力拟合精度,其地应力反演结果更符合实测值。

关键词：煤矿井田;地应力反演;横观各向同性;层状构造;FLAC3D;