基于能量传导机制的覆岩裂断损伤主控因素及表征
张村1
樊柏强2
任赵鹏2
马健起2
赵毅鑫2
李全生3
赵勇强3
1.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京 1000832.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 1000833.煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 102209
摘要：采场上覆岩层的运移和裂断是影响工作面矿压显现的重要因素.从能量角度对覆岩损伤及破坏特征进行研究,能够更好地了解采动影响下覆岩运移与破坏的行为规律和潜在风险,为采场合理的开采参数设计提供有效的指导.以陕西神府矿区青龙寺煤矿为研究背景,通过能量耗散理论从二维平面及三维空间的角度对覆岩裂断损伤的峰后变形破坏特征进行研究.创新性地提出了煤层开挖赋予上覆岩层势能的总能量计算方法.在此基础上,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,建立了基于能量传导机制的覆岩损伤程度表征体系.基于能量平衡和有限差分理论,推导了岩石耗散能有限差分方程式,采用FISH语言将其写入FLAC3D应变软化模型,补充了软件能量计算模块,弥补了常规采用塑性区定性表征工程岩体开挖导致的破坏程度及类型的不足.通过定义损伤度指标量化表征了指标参数尺度效应的能量耗散程度,并结合青龙寺煤矿工作面地质条件模拟分析了工作面长度和推进速度对覆岩损伤程度的影响.覆岩损伤度随工作面长度、工作面推进速度的增加分别呈"S"型增长和减小.最终确定工作面长度应小于303.26 m,推进速度应控制在10.13～18.00 m/d并匀速推进.若工作面参数超过上述范围,开采损伤将会引起上覆岩层中主要控制层的破坏,进而导致损伤比大幅度增加.最后,结合青龙寺煤矿5-20108工作面推进速度与其工作面来压步距的相关关系,发现工作面推进速度的增加使得来压步距增长,矿压显现强度增强,整体覆岩损伤程度降低,进而验证了基于能量传导模型表征体系的可行性.
关键词：覆岩结构损伤度能量耗散损伤表征开采参数
分类号：TD325(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52474161)国家自然科学基金(52225402)中央高校基本科研业务费专项资助项目(2024ZKPYNY01)
论文发表日期：2025-02-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 781-793 )
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