岩层移动内外“类双曲线”整体模型研究

左建平,吴根水,孙运江,于美鲁

(1.中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院，北京 100083; 2.中国矿业大学(北京) 采矿岩石力学基础科学研究中心，北京 100083)

长期以来，岩层移动与开采地表沉降普遍被划分为2个较为独立的学科。岩层移动主要关注采矿引起的岩层破断力学行为(岩层内部瓦斯、水等运移变化、采场和巷道空间的稳定等)。而地表沉降相关研究则侧重在地表沉陷所带来一系列环境、设施、生活和生态等的影响。然而岩层移动与地表沉降之间存在联系，开采必然引起上覆岩层发生运动，其本质是力学现象，影响和制约安全和生态环境[1]。在20世纪80年代早期，钱鸣高院士首先将上覆破断岩块视为构件单元，用结构力学方法获得了基本顶破断岩块相互铰接“砌体梁”结构力学模型以及稳定条件[2-4]。到了20世纪90年代中期，随着对岩层控制科学研究的不断深入，人们开始逐渐意识到开采对地表与地下环境产生的影响。因此，钱鸣高院士及其团队进一步提出岩层控制关键层理论。以关键层作为岩层移动研究的主体，用力学方法解释岩体采动后的结构形态、应力场和裂隙场的改变。由此对采场矿压、开采沉陷、采动岩体水与瓦斯运移有了较为统一的认识和完整的力学描述[5-6]。

岩层冒落与裂隙带的形态与大小为岩层移动与地表沉降提供了条件。掌握冒落拱、裂隙拱移动规律与形态的变化对煤层群上行开采、强含水层或承压水下采煤、下保护层开采等等的安全开采距离评价具有重要指导意义。……