基本顶板结构初次破断与全区域反弹时空关系

谢生荣，陈冬冬，曾俊超，张 晴，岳帅帅，吴晓宇

(中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院，北京 100083)

我国矿山顶板灾害威胁严重，多年来，顶板事故在我国矿山各类事故中发生频率、死亡人数均占据高位，因此研究并有效判断基本顶板结构的破断时间及位置，对实现煤炭安全回采意义显著[1-9]。

为了研究预警基本顶悬板的破断位置及时间，基于煤层抗剪切能力弱、变形量大等特点且可近似满足文克尔弹性地基假设，据此钱鸣高院士[10]建立了弹性基础边界基本顶岩梁模型，揭示了基本顶梁结构深入煤体断裂产生反弹和压缩的机理;朱德仁等[11]基于有限元法利用计算机模拟研究了岩板破断及扰动规律;之后，矿业科技工作者分别对弹性基础边界基本顶岩梁模型反弹压缩的影响因素、坚硬顶板在裂纹发生初始阶段的反弹压缩特征及矿压预测预报等问题进行研究[6-7,12-17]，所得结论进一步深化了对岩梁模型反弹压缩的认识。

可见，当前对基本顶超前煤壁破断扰动特性的研究计算主要是基于梁模型，但梁模型只能用于长壁工作面基本顶中部区域扰动特征的分析，而不能对基本顶初次破断阶段开采全区域扰动规律进行研究。所以，直到目前为止，尚未研究清楚基本顶板结构深入煤体破断时开采全区域反弹压缩场特征，也未研究清楚初次破断时破断长度、破断程度及破断发展过程不同时的全区域反弹压缩场时空演化规律，而且一直以来没有理论依据确切指导如何选择反弹压缩信息的监测位置，也无确切依据说明监测到的反弹信息是属于几级反弹区，其中主要原因是，考虑实体煤区可变形的基本顶板结构初次破断扰动力学模型求解非常困难。……