岩质边坡稳定分析（最新成果李树刚教授）

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本文创新点

（1）研究了不同影响因素下的综采工作面采动覆岩压实区裂隙演化规律，得到了“三带”高度、覆岩贯通度、覆岩离层率在不同采高、推进速度和煤层倾角条件下的演化规律；

（2）建立了综采工作面覆岩压实区边界判定准则，得到不同影响因素下覆岩压实区整体发育形态，发现不同因素对压实区形态演化的影响侧重点不同；

（3）构建了采动裂隙椭抛带压实区演化综合效应模型，并结合工程实践，有效提高了现场瓦斯治理效果，保证了工作面的安全回采。

作者简介

李树刚 教 授李树刚，博士，二级教授，博士生导师。第七届国务院学位委员会安全科学与工程学科评议组成员，国家重点学科安全技术及工程博士点学科带头人，中国职业安全健康协会常务理事，教育部高等学校安全工程教学指导委员会委员，《西安科技大学学报》副主编，《采矿与安全工程学报》等杂志编委。主要从事矿井瓦斯灾害防治理论和技术的教学与科研工作。获百千万人才工程国家级人选，国家有突出贡献中青年专家，享受国务院政府特殊津贴。主持和参加国家级、省部级项目10余项，获国家科技进步二等奖1项，国家教学成果二等奖2项，省部级奖近20项，发表科技学术论文300余篇，被SCI、EI等收录60余篇，获国家发明专利、实用新型专利、软件著作权等60余项。出版著作5部，主编教材11部。

作 者

李树刚^１,２，刘李东^１，赵鹏翔^１,２，林海飞^１,２，徐培耘^１，卓日升^１

单 位

１．西安科技大学 安全科学与工程学院；２．西安科技大学 西部矿井开采及灾害防治教育部重点试验室

摘 要

为研究综采工作面采动覆岩压实区演化综合因素影响效应，运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法，开展不同采高（2m

研究背景

受采动影响，采空区上覆岩层原岩应力发生改变，围岩出现垮落、破断和弯曲下沉等现象，形成了采空区采动覆岩裂隙网络，并且随着开采进程持续演化，为采动卸压瓦斯的储集与运移提供了适宜的空间。

采动覆岩裂隙网络演化规律对辨识卸压瓦斯储运区域，建立卸压瓦斯精准抽采系统具有重要影响。对于采动覆岩裂隙形态，钱鸣高、许家林提出了“Ｏ”型圈模型；袁亮等提出了高位裂隙环形体模型；伍永平等建立了区段间围岩失稳模型；汪峰

等建立了松散层拱结构模型。基于关键层理论，笔者等运用物理模拟与数值模拟的方法，提出了采动裂隙椭抛带理论， 并进一步研究了不同采高、推进速度、煤层倾角、开采方式对裂隙演化规律的影响。杨科等通过理论分析与模拟实验相结合的方法，研究了多关键层运移对采动裂隙演化规律的影响，发现采动裂隙随关键层的破断呈“跳跃式”向上扩展。何富连等研究了特厚煤层采用长壁机械化放顶煤开采时，关键层垮落后会形成低悬臂梁和高铰梁结构。基于采动裂隙椭抛带理论，文献[16-20]对不同倾角、推进速度、采高、缓倾斜条件下的卸压瓦斯运移优势通道形态演化规律进行研究，建立了采动卸压瓦斯优势通道演化模型。文献[21-24]运用物理模拟与理论分析相结合的方法，研究了急倾斜条件下的采动覆岩失稳机理，获得了急倾斜煤岩体动力失稳灾害的治理方法。文献[25-28]研究了保护层岩性、保护层层间距、保护层层位等不同条件下采动覆岩裂隙发育规律，得到了相应的煤层瓦斯卸压效果。通过物理模拟、数值模拟与理论分析相结合的方法，文献[２29-30]研究了巨厚煤层开采条件下的覆岩裂隙运移规律，获得了围岩应力演化和来压规律，有效预防了巨厚煤层开采导致的顶板事故。

文章部分图表

表 １ 上覆岩层物理力学参数

图1 位移测点及传感器布置示意

表 ２ 模拟试验材料配比

图 ２ 不同影响因素下覆岩“三带”高度

图 ３ 覆岩贯通度变化规律

图 ４ 覆岩离层率变化规律

图 ５ 不同影响因素下覆岩压实区形态变化

图 ６ 不同影响因素下覆岩压实区形态特征

图 ７ 高位钻孔布置俯视图

图 ８ 高位钻孔布置侧视图

表3 10号、11号高位钻场钻孔布置参数

图 ９ 瓦斯抽采纯量占比

图10 瓦斯浓度分布

结 论

１）覆岩“三带”高度随着采高、煤层倾角的增大呈线性增大趋势，随着推进速度的增大呈线性减小趋势。

２）覆岩贯通度离煤层顶板越远，数值越小，并达到一定高度后，出现迅速减小的现象，且该突变点高度与采高增大、煤层倾角增大以及推进速度减小呈正相关关系。

３）构建了以覆岩贯通度突减、覆岩离层率突增以及断裂带发育高度为依据的覆岩压实区边界判定准则。

４）压实区形态发育受多种因素影响，采高增加主要导致压实区高度增大，达到23.7ｍ；推进速度增大对压实区高度与宽度影响程度较为一致，分别达到11.1ｍ 和11.5ｍ；煤层倾角增大对压实区宽度影响明显，使其增加14ｍ，并导致压实区从对称椭圆抛物面，逐渐向工作面侧偏移。

５）构建了多因素影响下的采动裂隙椭抛带压实区演化综合效应模型，并结合工程实践，有效提高综采工作面覆岩压实区裂隙动态演化规律影响因素分析 了现场瓦斯治理效果，保证了工作面的安全回采。

引用格式

李树刚，刘李东，赵鹏翔,等.综采工作面覆岩压实区裂隙动态演化规律影响因素分析［J］.煤炭科学技术,2022,50（1）：95-104.LI Shugang, LIU Lidong,ZHAO Pengxiang，et al.Analysis and application of fracture evolution law of overburden compacted area on fully-mechanized mining face under multiple factors［J］.Coal Science and Technology，2022，50（1）：95-104.

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