大倾角综放开采顶煤极限平衡状态界面位置

郎 丁，武小博，余建东

(1.西安科技大学 能源学院，陕西 西安 710054；2.西安科技大学 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室，陕西 西安 710054；3.陕西瑞能煤业有限责任公司，陕西 延安 727307)

0 引 言

顶煤是综放采场支架与顶板间的唯一介质，其采动力学行为是“支架-围岩”系统稳定性的关键影响因素。在大倾角煤层长壁采场，这种影响作用尤为凸显。顶煤由初始状态至放出状态，实质上是内部裂隙发育扩展和强度劣化的渐进过程。早期的研究沿走向对这一过程进行了区划，按照顶煤力学行为的演变划分为[1]：“弹性区—极限平衡区—散体区”，这种划分方式反映了煤体在不同采动阶段的力学行为响应，但这3个阶段难以利用某种统一的“本构关系”进行表达，各区域的范围界限无法定量表征。随着连续介质损伤力学的发展，学者们对顶煤的破坏过程有了新的认识，即顶煤的渐进劣化是损伤不断累积的过程[2-5]。同时，这种损伤累积的过程与顶煤经历的采动应力演化路径密切相关，不宜抛开采动应力的演化而单纯从材料的本征力学行为讨论[6-8]。

谢和平、赵旭清等人将顶煤定义为了一种介于连续介质和非连续介质之间的“拟连续”介质，并基于损伤力学对不同应力边界条件下顶煤损伤因子的变化进行了分析。KALEHOSSEIN等采用极限平衡理论分析了煤壁前方顶煤应力状态，推导出表征顶煤塑性变形程度的屈服指数[9]。王家臣、王兆会针对顶煤内裂隙扩展过程、类型与主应力大小、方向之间的联系进行了研究，揭示了不同采动阶段内顶煤裂隙扩展的应力驱动机制，为顶煤冒放性的评价提供了参考[10-12]。……