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题名厚硬顶板采场诱发逆断层失稳的力学机制研究
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作者
余伟健
郭涵潇
李可
廖泽
吴根水
潘豹
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机构
湖南科技大学资源环境与安全工程学院
湖南科技大学煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室
湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室
贵州理工学院矿业工程学院
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出处
《煤炭科学技术》
北大核心
2025年第2期1-11,共11页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52174076,52474096)
湖南省科技创新计划资助项目(2024RC1065)。
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文摘
为了研究厚硬顶板条件下工作面逆断层的失稳力学机制,通过断层边界煤柱尺寸、断层倾角及岩层移动角三者关系,确立了采场覆岩移动区与断层面之间的空间关系模型。通过采场覆岩各岩层移动角建立了覆岩岩层移动线方程,结合断层倾角得出了不同层位岩层移动线与断层面之间的距离函数公式,精确划定了断层面与岩层移动线的边界过渡区范围。基于岩层抗拉强度建立了断层边界岩块的极限平衡方程,给出了断层倾角小于岩层移动角情况下,边界岩块力学失稳判据,并通过力矩平衡方程建立边界岩块的偏转失稳判据。以现场案例为基础,采用双判据确定了断层倾角小于岩层移动角情况下的逆断层的活化岩层区域,确定了断层面的活化规律与离层空间分布情况。理论分析了逆断层边界条件的围岩变形破坏机理,试验模拟了断层区域采场岩层的整体运移规律,全面计算探究了厚硬顶板条件下逆断层区域采场围岩的力学与位移变化模式。结果表明:逆断层在厚硬顶板破断前发生活化;断层小于岩层倾角情况下,断层面离层空间主要分布在厚硬顶板区域的弯曲下沉带;与断层面产生离层空间的岩层竖向裂隙空间显著减少;与断层面产生离层空间的岩层对采空区空间的向上传递效率显著提高;可以通过优化断层保护煤柱尺寸来维持断层围岩的稳定;双判据模型从理论层面给出了断层边界保护煤柱的尺寸取值依据,为现场的保护煤柱宽度提供最优解。
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关键词
断层活化
厚硬顶板
岩层移动线
非连续边界条件
极限拉应力
失稳判据
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Keywords
fault activation
hard and thick roof
rock movement line
discontinuous boundary conditions
ultimate tensile stress
in-stability criterion
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分类号
TD353
[矿业工程—矿井建设]
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