考虑垮落岩体应变硬化特性的采场覆岩破坏特征研究

作     者：张广超 陶广哲 曹志国 赵勇强 徐祝贺 李友 左昊 无 ZHANG Guangchao;TAO Guangzhe;CAO Zhiguo;ZHAO Yongqiang;XU Zhuhe;LI You;ZUO Hao;无

作者机构：山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102209 北京低碳清洁能源研究院北京102211 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2022年第50卷第3期

页      面：46-52页

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0903[农学-农业资源与环境] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室开放基金资助项目(GJNY-18-73.5) 国家自然科学基金资助项目(51904164) 

主　　题：应变硬化 垮落带 断裂带 地下水库 覆岩破坏 

摘      要：煤炭开采引起的覆岩运动、变形和破坏直接影响地下水库的储水库存与水源补给能力,为了科学精确化计算地下水库库容,有必要考虑采空区垮落岩体在渐进压实过程中体现出的应变硬化力学特性对采场覆岩“两带高度分布特征的影响作用。以李家壕煤矿为工程背景,基于垮落岩体在压实过程中体现出的应变硬化力学特性,采用双屈服模型和提出的反演计算方法对采场覆岩破坏特征进行研究,推导得出垮落岩体应力表达式,分析其影响因素,提出了数值仿真计算方法,并采用理论分析与现场实测等研究手段揭示了垮落岩体应变硬化特性对采场覆岩“两带发育规律的影响作用。研究结果表明:(1)随着应变的增加,垮落岩体的应力先缓慢增大,当达到某一临界应变后,应力呈近似指数型快速增长;且随着碎胀系数的增加,应力呈现指数型增长所对应的临界应变亦随之增大。(2)基于FLAC^(3D)内置的双屈服模型,并提出了盖帽压力与材料特性的反演计算方法,实现了采空区垮落岩体应变硬化特性的仿真计算。(3)模拟结果表明,当考虑垮落岩体的压实和支撑作用时,顶板岩层运动范围和程度降低,引起的塑性区破坏范围亦随之降低,垮落带高度为15 m,减少16%,断裂带高度为65 m,减少13.3%,并基于现场实测结果,验证了上述仿真计算方法的可行性。