采动覆岩破断影响下裂隙诱发机制及三维空间特征

作     者：梁冰 邢景超 孙维吉 房胜杰 

作者机构：辽宁工程技术大学力学与工程学院 辽宁工程技术大学矿业学院 

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

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(52074143) 

主　　题：三维相似模拟实验 采动三带 裂隙演化 失稳破断 三维空间形态 

摘      要：为掌握厚煤层开采覆岩破断及裂隙演化规律，以高河能源E2306工作面为背景，搭建了三维物理相似模拟实验平台，采用分布式光纤感测技术、钻孔窥视监测等相结合的方法，明晰了覆岩破断来压规律与裂隙分布特征。结合薄板弯曲理论，建立采场覆岩结构力学模型，揭示了采动覆岩破断影响下覆岩裂隙诱发机制，推演了采动裂隙区域发育形态。结果表明：工作面回采完毕，总计来压7次，垮落带、裂隙带发育高度分别为39m、71m。与该工作面现场结果一致，与理论计算数值吻合，符合该矿实际情况。处于垮落带高度内低位近场覆岩呈“对扇形竖向破断，以“走向悬臂梁－倾向砌体梁结构破断运动为主，纵向破断裂隙大量发育，横向水平剪切交错裂隙伴生。覆岩自下而上逐渐破断，处于裂隙带高度内高位远场覆岩呈横向破断，以“走向砌体梁－倾向砌体梁结构破断运动为主，横向水平张拉离层大量发育。采空区边界区域内覆岩裂隙数量随工作面推进呈先增加后稳定的变化规律，走向裂隙数量变化呈抛物线型；采空区中部区域内覆岩裂隙数量随工作面推进呈先增加后减少的变化规律，走向裂隙数量变化呈马鞍型。覆岩破断来压后采空区中部持续承载受压，两侧岩层遭剪切破坏形成剪切下凹区与承载下凹区，区域范围随不同层位覆岩弯曲破断而扩大。采动裂隙区域发育形态由椭圆抛物带演变为两端下凹的椭圆抛物带形态，最终呈现为两端及顶部下凹的椭圆抛物带形态。