大采高采场变厚顶板岩层结构力学模型及其破断模式
路洋波1
闫少宏1
周坤友2
王元杰3
符鹏1
张晨曦1
1.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 1000832.安徽理工大学矿业工程学院,安徽 淮南 2320013.中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013
摘要：掌握岩层的破断运动规律对于采场矿压控制及强矿震等动力灾害防控意义重大.薄岩层与厚岩层的破断模式具有显著的差异性,并在生产实践中由于地层地质条件的复杂性,岩层厚度表现为"变厚度"特征.为统一分析不同厚度条件下岩层的破断模式,以内蒙古母杜柴登煤矿 30202工作面为研究背景,建立了采场变厚顶板岩层结构力学模型,分析了岩层厚度斜率、岩层悬露长度以及岩层力学强度等因素对岩层破断模式的影响机制,揭示了岩层不同破断模式的力学机理.结果表明,随着岩层厚度斜率的增加,岩层所受主导应力由拉应力向剪应力转变,使得岩层破断模式由"拉裂破断"向"剪切断裂"转变;岩层的悬露长度随着抗拉强度和抗剪强度的增加而增加,并在不同的岩层厚度斜率下呈现不同的增加趋势.基于此,结合数值模拟试验得到在 30202工作面地质条件下,厚硬岩层破断模式由"拉裂破断"向"剪切断裂"转变的岩层临界厚度约为 16.5 m,揭示了具体地质条件下不同厚度岩层破断模式的差异性,并基于微震监测的震源破裂机制响应规律以及厚硬岩层破断所成结构进行了验证分析.同时根据现场微震监测数据和厚硬岩层破断所成结构的关联性,通过反演分析厚硬岩层下采场覆岩结构演化与矿震活动的全过程,得到了岩层不同破断模式与能量释放的关系.研究成果可为采场矿压控制及动力灾害防治提供理论与技术支持.
关键词：变厚顶板岩层结构力学模型破断模式微震事件能量释放
分类号：TD323(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52304197)
论文发表日期：2025-11-30
在线出版日期：2025-12-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 242-257 )
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