采空区覆岩采动裂隙演化过程及分形特征的研究.pdfVIP

第２８卷 第３期 湖南科技大学学报（自然科学版） Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．３ 　　 　 ２０１３年　９月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） Ｓｅｐｔ．　２０１３ 采空区覆岩采动裂隙演化过程 ① 及其分形特征研究 １，２ １，２ １，２ ３ 刘超 ，李树刚 ，许满贵 ，张天军 （１．西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室，陕西 西安７１００５４；２．西安科技大学 能源学院，陕西 西安７１００５４； ３．西安科技大学 理学院，陕西 西安７１００５４） 摘　要：为了研究采空区覆岩采动裂隙形成过程中的演化规律，基于煤岩细观破裂力学特性的数值模拟方法，结合非线 性的分形几何理论，研究了覆岩采动裂隙演化过程并定量地描述了其时空分布特征，结果表明：采动下覆岩不断劣化，其内部 细观损伤积累最终引起覆岩破坏．采动裂隙演化过程中的声发射具有自相似性的分形特征，加载后其分维值首先小幅度的升 高，随后急剧下降，尤其是在破坏前降到最低，该特性可作为评价覆岩破坏的有效指标．上述结果能很好地解释覆岩采动裂隙 的演化机制，并指导灾害发生前覆岩稳定性发展趋势的预测预报等防治实践． 关键词：覆岩；采动裂隙；数值模拟；分形理论；演化规律 中图分类号：ＴＤ３２　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１６７２－９１０２（２０１３）０３－０００１－０５ ［８］ 　　在工作面回采过程中，采空区顶板逐渐地悬空， 岩采动裂隙场的贯通度、发育高度；张永波 等进 诱发了覆岩的运位移与断裂，产生了大量的采动裂 行了采动岩体裂隙分布分形规律的实验研究，认为 隙，最终形成采动裂隙场．通常，各种工作面灾害问 采动岩体裂隙网络形成、扩展及分布规律具有分形 ［１］ 特征 题与覆岩采动裂隙场的空间分布状态密切相关 ． ． 因此，深入开展覆岩采动裂隙的分布特征及其演化 上述研究成果通过理论模型、数值模拟、模拟实 规律并进行定量地描述的研究，对揭示覆岩结构破 验及工程反演等手段对覆岩运移规律与采动裂隙分 坏规律，实现对采空区灾害的防治具有重要的理论 布状态及其在实际工程中的应用作了有益的探索， 与工程意义． 但常规的方法多是对覆岩采动裂隙场的宏观表现行 ［２］ 对于采动裂隙场的演化特征研究，ＹａｖｕｚＨ 等 为进行了相应的研究，对其细观演化规律研究尚有 研究了工作面回采之后覆岩内存在的破裂带的不同 所不足，特别是运用非线性的数学方法定量地描述 特点．刘天泉等提出了覆岩裂隙场“横三区”与“竖 采动裂