巨厚坚硬顶板变形及垮落的动态演化特征研究

王宏伟邓代新姜耀东石瑞明杨国振章啸海

1.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;2.煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083

巨厚顶板突然大范围破断来压是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一,会对整个采场造成巨大的破坏,也是诱发冲击地压、煤与瓦斯突出等典型动力灾害的重要因素[1-4]。

采场上覆岩层变形失稳是顶板发生动力灾害的根源[5-8],对此学者们开展过不同角度的分析,并得到了大量的研究成果。钱鸣高等[9-10]建立了采场上覆岩层运动的“关键层”理论,给出了判别关键层的依据,并揭示了关键层的变形、破坏和破裂等规律;谢和平等[11]从能量的角度出发,指出能量突变在岩石或岩体变形破裂过程中起着根本作用;王家臣等[12]采用理论分析、室内实验和实测等方法,分析了深井超长工作面采场基本顶破断类型和支架阻力分布特征;杨胜利等[13]研究了煤层顶板破断与矸石滑动特征,揭示了不同煤层赋存和开采条件下煤壁破坏机理;蒋金泉等[14]发现破碎和迁移后的厚硬岩层之间发生明显的分离现象,岩层在工作面上方、开切眼上方和采空区中部上方形成三个明显的破裂带;姜福兴等[15]分析了采场上覆岩层垮落、运动规律,得出了大采高引起采空区顶板的失稳,岩体产生的铰接平衡状态发生变化,岩块滑落,诱发矿震;齐庆新等[16]通过数值模拟矿井顶部结构应力分布,进一步深化了对巨厚砾岩和大型顶板条件下相邻矿井煤层回采过程中冲击地压发生机理的认识;高明涛等[17]认为,通过制定合理的爆破方案对由砂岩组成的坚硬顶板进行有效的爆破卸压,可以减少冲击地压事故的发生。……