采场底板围岩应力壳力学特征研究
采场底板围岩三维力学特征是有效防控煤层底板采动灾害的理论基础。为此，本论文采用综合研究方法，系统深入研究了采场底板围岩三维力学特征。 研究发现，在工作面推进过程中，采场底板部分岩层区域富集着高于邻域的高应力束，形成了采场底板围岩应力壳，采场底板矿压显现受控于底板应力壳的存在和其时空演化。煤层回采后，采场底板围岩中最大主应力方向发生偏转，壳体高应力决定采场底板围岩是否扩展，最大主应力偏转方向决定采场底板岩体的破坏趋势，这正是采场底板围岩由整体连续渐变为宏观断裂的力学本质。破坏场发育在底板应力壳作用下的低应力区内，在采场底板围岩应力壳保护下的低应力区是最大位移区，底板岩层移动形态类似开口向上的抛物线状。壳基高应力是引起采场底板岩层采动应力场的主要力源，煤壁前方壳基高应力在底板岩层中形成高垂直应力，高垂直应力受控于壳基高应力，两者呈正相关性，煤壁前方底板垂直应力随离煤层距离的增而降低，且呈现出降低趋势变缓现象，采动水平应力高度集中于采场底板浅部岩层。在采场底板围岩应力壳保护范围内的采空区下伏岩层出现卸压现象，卸压范围呈倒“八”字型收敛状。采场底板围岩由整体连续渐变为宏观断裂呈现出时间效应，大致经历三个阶段:壳基高应力作用下岩体原始裂纹起裂、采场底板围岩最大主应力的集中与偏转引起裂纹进一步发育、损伤达到或超过损伤阈值后宏观断裂。初采期间，采场底板围岩应力壳力学特征参数受控于工作面推进距离，推进距离达到或超过工作面斜长后，决定采场底板围岩应力壳力学特征参数的主要因素为工作面斜长，表现出短边依赖效应。采场底板岩层赋存状态对采场底板围岩应力壳力学特征有显著影响。基于采场底板围岩应力壳力学特征及时空演化规律，遵循适当的时间、合理的空间、适中开采强度的原则，提出了与开采环境相适应的煤层群工作面协调同采方法。
采场底板;采动灾害;围岩应力壳;力学特征;时空演化
安徽理工大学
博士
采矿工程
谢广祥
2015
中文
TD322.1;TD326
145
2016-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）