采動應(yīng)力場演變規(guī)律及覆巖破壞形態(tài)試驗研究.pdf

1、采場覆巖受開采影響，原巖應(yīng)力場及覆巖結(jié)構(gòu)均發(fā)生破壞或變形。為較為立體地探索煤礦受采動影響覆巖垮落分布及形態(tài)規(guī)律，以及采空區(qū)覆巖深部瓦斯積聚運所及運移通道分布狀況，判斷瓦斯密集積聚場所及可能的運移通道分布區(qū)域，以及采場不同位置其覆巖應(yīng)力變化趨勢及程度對頂板安全支護工作的影響問題，需要對采動覆巖應(yīng)力場演變分布規(guī)律以及覆巖破壞形態(tài)結(jié)構(gòu)及構(gòu)成裂隙區(qū)演化規(guī)律進行研究分析。通過利用煤層覆巖沿走向、傾向剖面的相似模擬材料對比實驗，較為立體的研究覆巖破

2、壞空間形態(tài)及裂隙場分布規(guī)律在時空上的關(guān)聯(lián)問題。利用有限差分數(shù)值模擬軟件FLAC3D模擬計算采動覆巖應(yīng)力場演變分布規(guī)律，并以此相結(jié)合展開研究，主要內(nèi)容如下:
　　(1)通過沿走向、傾向剖面相似模擬對比實驗研究分析，得出采動覆巖不同剖面失穩(wěn)至破壞垮落均遵循一定規(guī)律，即首次出現(xiàn)橫向離層裂隙—偽頂垮落—直接頂依次垮落—老頂初次垮落（初呈梯形裂隙帶）—老頂來壓顯現(xiàn)—關(guān)鍵層下部現(xiàn)明顯離層。根據(jù)采動覆巖監(jiān)測點下沉曲線及周期來壓顯現(xiàn)規(guī)律分析，得出

3、采動覆巖破壞基本步驟即“失穩(wěn)彎曲—破斷鉸接—逐步壓實”的大致規(guī)律;分析梯形裂隙帶得出覆巖破壞導(dǎo)致內(nèi)部裂隙大體按照“生成（伴隨離層）—發(fā)育—遷移（裂隙區(qū)）—壓合（微裂隙帶）”規(guī)律循環(huán)，采煤機割煤及工作面推進一段時間后采動覆巖破壞及裂隙場發(fā)育產(chǎn)生一定的時空關(guān)聯(lián)。
　　(2)通過FLAC3D數(shù)值模擬對采動覆巖應(yīng)力場演化分布分析，得出應(yīng)力場演變大致分為“開挖初期（頂板未觸底）—開挖中期（頂板觸底）—開挖后期（觸底覆巖壓實）”三個階段。應(yīng)力

4、卸壓與應(yīng)力集中大體分為“范圍擴張（集中峰值漸增）—卸壓范圍增幅趨緩/應(yīng)力集中態(tài)勢趨緩（頂板觸矸）—卸壓區(qū)應(yīng)力恢復(fù)（應(yīng)力集中逐步平緩）”大致幾個階段。開挖初期頂板垮落出現(xiàn)應(yīng)力場卸壓，受兩端煤壁支承作用，開切眼與工作面端應(yīng)力產(chǎn)生集中，且隨開挖距離加大，卸壓區(qū)向頂、底板深部擴張。垮落頂板接觸底板后，受到底板一定的支承作用，卸壓態(tài)勢趨緩，開切眼與工作面端上覆載荷相應(yīng)降低致應(yīng)力集中峰值增幅減小。卸壓區(qū)底板位置開始出現(xiàn)應(yīng)力恢復(fù)區(qū)呈線性點狀分布并且范