浅埋深长壁采场顶板切落破坏的时序特征试验

任艳芳^1,2，李正杰^1,2

1. 天地科技股份有限公司开采设计事业部2. 煤炭科学研究总院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室

摘 要：针对浅埋深长壁采场切顶压架灾害发生过程中的时间序列问题,采用实验室基础参数测试对典型浅埋深煤岩体破坏的时间效应进行三向围压加载实验,利用相似材料模拟手段对浅埋采场顶板切落破坏过程中多个参量的时间序列特征进行研究。研究得出:三向围压状态下,浅埋煤层顶板岩石易由"X"型破裂、强度屈服破坏转化为单一剪切破坏,且具有明显的时间效应;浅埋深工作面推进速度慢导致垂直采动应力与水平应力之差增大是顶板发生剪切破坏的主因;浅埋煤层基岩发生整体切落下沉前,覆岩采动裂隙存在"形成—发育—扩展到地表(岩层整体切落下沉)"的时间过程;切落位置与工作面推进速度相关,加快推进速度后,来压步距加大,支架受力下降,基岩整体切落位置基本发生在支架后方;切顶时煤层超前支承压力达到极值,随后应力降低;顶板应变在时间序列上依次经历"三区":"初始应变稳定区—应变剧烈演化区—采空区应变稳定区",工作面推进速度慢时,顶板岩层应变启动点超前,顶板切顶线前移,顶板应变幅值增大,超前支承压力启动点和峰值均比覆岩应变滞后,而支架压力与采动应力时间序列变化曲线规律类似,可相互表征。研究结果表明,通过对支架压力、采动应力、覆岩应变等指标的联合监测与预警值设计,可实现对浅埋采场切顶压架灾害的预测和防治。

关键词：浅埋煤层;顶板切落;相似材料模拟;时间序列特征;