采矿与安全工程学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (1): 203-217.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0680

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基于能量耗散的高强度开采覆岩裂断损伤表征方法

杨玉亮1,2,赵毅鑫1,张村1,马健起1,韩鹏华1   

  1. 1. 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京100083;2. 山西大同大学煤炭工程学院,山西大同037003
  • 出版日期:2025-01-15 发布日期:2025-01-18
  • 通讯作者: 赵毅鑫,E-mail:zhaoyx@cumtb.edu.cn, Tel:15835218757
  • 作者简介:杨玉亮(1988— ),男,山西省朔州市人,博士,副教授,从事矿山压力方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(52225402,U1910206);山西省自然科学基金项目(20210302123336);山西省哲学社会科学规划课题项目(2023YY261)

Characterization method of overburden fracture damage in high-intensity mining based on energy dissipation

  • Online:2025-01-15 Published:2025-01-18

摘要: 采用理论分析及数值模拟方法,提出了基于能量耗散的采动损伤量化表征指标,将煤层直至地表的整个覆岩结构视为一个系统,不再考虑覆岩裂断损伤的内部运动及破坏过程,只分析能量耗散区的空间形态及破坏最终状态。首先基于能量守恒定律构建二维平面的能量耗散理论模型,建立覆岩裂断损伤的评价指标体系;其次根据有限差分理论推导了工程岩体开挖的能量耗散的有限差分方程式,采用FISH语言将其应用于FLAC3D应变软化本构模型;最后将二次开发的能量耗散数值模块应用于布尔台42107工作面,结合损伤度指标量化分析回采工作面开采参数的尺度效应,实现开采工艺参数优化对减损效果的评价。结果表明:覆岩损伤度随工作面长度、采高、埋深及推进速度的增加均呈“S”形发育。最终确定了工作面合理开采参数及推进速度,并通过实测矿压数据进行了验证。研究结果不仅可量化评估工程岩体区域稳定状态及精准判断损伤范围,同时弥补了FLAC3D软件采用塑性区定性判断地下工程围岩破坏时的不足。

关键词: 能量耗散, 高强度开采, 裂断损伤, 损伤度, FLAC3D

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