采动覆岩裂隙场演化机理研究——以铁法小青矿西二采区为例

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近年来,随着我国煤炭产量不断增长,煤炭开采中煤与瓦斯突出、冲击地压、顶板大面积垮塌、矿井突水等突发性动力灾害发生频繁,尤其是矿井突水问题,其发生往往给人民生命财产带来巨大损失。采动覆岩裂隙场分布形态及演化机理是影响矿井突水灾害的主要因素,本文以铁法小青矿西二采区突水问题为切入点,对采动覆岩裂隙场演化机理进行了深入研究。  以铁法小青矿西二采区采动覆岩为主要研究对象,采用理论分析、数值模拟、实测分析等研究手段,对采动覆岩裂隙场分布形态、演化机理等问题进行研究。基于弹塑性及断裂力学理论,结合“O”形圈分布理论,分析采动覆岩裂隙场裂隙扩展力学机理,根据采动覆岩裂隙带的分布规律将采动覆岩裂隙场分为裂隙水紊流通道区、裂隙水过渡流通道区、裂隙水渗流通道区。针对采动覆岩不同维度裂隙场发育规律、演化机理,采用有限元(FLAC3D)从采动覆岩应力及裂隙发育区形态角度对沿水平方向不同高度处裂隙场发育形态进行分析,揭示了裂隙场发育区形态由圆角矩形圈向圆形圈转变过程;采用离散元(UDEC)从覆岩移动及变形角度对沿走向主断面的采动裂隙场动态演化形态及范围进行研究,揭示了采动裂隙场动态发育规律及演化机理,得出了采动覆岩裂隙场演化移动角量参数。结合小青矿区西二采区覆岩裂隙分布实际统计数据,对理论分析、数值模拟分析结果进行可行性验证,并从采动覆岩裂隙场分布形态、演化机理角度对矿区接续采区或工作面进行安全生产指导。
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