切顶留巷采动覆岩力学特征时空演化规律

摘要

切顶留巷开采与留煤柱开采造成的顶板结构断裂特征存在显著差异，为了探究切顶留巷开采模式下覆岩结构的力学响应机制，本研究以陕西某矿试验工作面为研究对象，通过物理相似模拟试验，研究了不同区域覆岩裂隙的动态发育过程.结果表明：非切顶侧煤柱应力整体呈线性上升趋势，切顶侧煤柱应力在回采前期缓慢增加，回采后期增长速率加快；切顶工艺虽阻断顶板短悬臂力传递，覆岩载荷仍可通过煤体-预裂面复合结构向深部传递.非切顶侧顶板岩层通过自承形成砌体梁结构后，低层位垂直位移与应变趋于稳定，水平位移经历了“快增—缓增—快增”的时序性变化规律.回采结束时，切顶侧最大应变比非切顶侧小28.4%，高层位切顶侧与非切顶侧垂直位移与应变受关键层影响较大，水平位移并未受关键层影响；切顶侧裂隙比非切顶侧少12.1%，且裂隙角度主要分布在0°～65°区间.现场微震监测结果进一步验证了切顶侧“碎胀矸石压实+残余顶板微破裂”的破断模式.研究结果明确了切顶留巷条件下的顶板结构演化特征及裂隙演化规律.

关键词

切顶留巷 / 采动覆岩 / 力学特征 / 时空演化 / 微震监测

基金资助

国家重点研发计划项目（2023YFC3009001）; 国家自然科学基金项目（52574272）; 中国博士后科学基金面上项目（2022MD723830）