综放工作面上覆岩层变形破坏时空演化特征试验研究

采用相似模拟实验方法进行采空区工作面顶板垮落过程中上覆岩层变形破坏试验研究。以CCD相机构建实验图像数据采集系统,采用数字散斑相关方法对上覆岩层位移场和垮落角进行了分析,研究了上覆岩层垮落区域裂隙演化、位移演化及偏态特征。研究结果表明:工作面顶板垮落过程中上覆岩层垮落角角度随垮落区域形状不断变化,垮落高度逐渐减小直至平稳,垮落面积逐渐增大直至平稳;在竖直方向上,上覆岩层垮落带呈宽缓的W型沉降、裂隙带和弯曲下沉带呈V型沉降;在水平方向上,下部上覆岩层向两侧移动、上部岩层向中间移动,造成各岩层间发生摩擦滑动,并对两侧未开挖区域及煤柱产生弯矩作用;工作面顶板跨落后形成偏态,开切眼侧垮落角大于开采侧垮落角,并在开采侧形成岩移角,开切眼侧的下沉曲线较陡、工作面侧下沉曲线较缓。根据实际工程背景,计算了地表塌陷影响范围,为煤矿开采对上覆岩层影响范围和程度以及后续采空区治理等问题评估提供了必要依据。     

冲击地压预测的煤岩变形局部化方法

冲击地压预测是冲击地压防治的前提和基础，是冲击地压研究中的一个重要内容，针对目前冲击地压前兆和冲击地压孕育过程之间内在的本质联系不清问题，从煤岩变形破坏的固有特征及冲击地压的失稳问题本质出发，借鉴经典力学中的能量原理，提出了以煤岩变形局部化为前兆的冲击地压预测方法。根据虚位移原理和稳定性理论，推导并得到了冲击地压发生临界条件和煤岩变形局部化发生条件，分析煤岩变形局部化与冲击地压内在联系。采用梯度塑性理论，通过引入内部长度参数，构建煤岩变形局部化模型，分析了变形局部化带宽带的影响因素。给出了测量内部长度参数的实验方法，对变形破坏向某一区域集中，且集中区具有一定尺度的现象进行理论解析。根据变形局部化的时空演化特点，引入描述变形局部化的空间聚集性、梯度显著性和曲率显著性指标，从“时间演化”属性和“结构演化”属性对变形局部化状态进行识别。对变形局部化预测方法进行初步的应用研究，分别采用实验的声发射数据和现场的微震数据，预测煤岩试件破坏区域和煤矿冲击地压危险区域。研究表明：煤岩变形局部化开始条件和冲击地压发生的临界条件相同，即冲击地压孕育演化过程和煤岩变形局部化的过程具有一致性；煤岩变形局部化带...