第
28
卷第
3
期
湖南科技大学学报{自然科学版
Vo
l.
28
No.3
2013
年
9
月
Journal
of
Hunan
University of Science & Technology( Natural Science Edition)
Sep
t. 2013
采空区覆岩采动裂隙演化过程
及其分形特征研究
刘超
1
，
2
李树刚
1
，
2
许满责
1
，
2
张天军
3
(1.西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室，陕西西安
71
∞
54;2.
西安科技大学能源学院，陕西西安
71
∞
54;
3.
西安科技大学理学院，陕西西安
71
∞
54)
摘
要:为了研究采空区覆岩采动裂隙形成过程中的演化规律，基于煤岩细观破裂力学特性的数值模拟方法，结合非线
性的分形几何理论，研究了覆岩采动裂隙演化过程并定量地描述了其时空分布特征，结果表明:采动下覆岩不断劣化，其内部
细观损伤积累最终引起覆岩破坏.采动裂隙演化过程中的声发射具有自相似性的分形特征，加载后其分维值首先小幅度的升
高，随后急剧下降，尤其是在破坏前降到最低，该特性可作为评价覆岩破坏的有效指标.上述结果能很好地解释覆岩采动裂隙
的演化机制，并指导灾害发生前覆岩稳定性发展趋势的预测预报等防治实践.
关键词:覆岩;采动裂隙;数值模拟;分形理论;演化规律
中图分类号
:T
D3
2
文献标识码
:A
文章编号
:1672
-9102(2013)03-
∞
01
-05
在工作面回采过程中，采空区顶板逐渐地悬空，
诱发了覆岩的运位移与断裂，产生了大量的采动裂
隙，最终形成采动裂隙场.通常，各种工作面灾害问
题与覆岩采动裂隙场的空间分布状态密切相关
[1]
因此，深入开展覆岩采动裂隙的分布特征及其演化
规律并进行定量地描述的研究，对揭示覆岩结构破
坏规律，实现对采空区灾害的防治具有重要的理论
与工程意义.
对于采动裂隙场的演化特征研究，
Yavuz
H[2]
等
研究了工作面回采之后覆岩内存在的破裂带的不同
特点.刘天泉等提出了覆岩裂隙场"横三区"与"竖
三带"的观点
[3]
钱鸣高等人提出了覆岩关键层及
"0"
圈理论
[4]
袁亮认为在首采卸压层覆岩内存在
一个环形裂隙圈
[5]
李树刚等认为覆岩采动裂隙在
空间上呈椭抛带的分布状态
[6]
黄炳香[7]研究了覆
收稿日期
:2013
-04-10
岩采动裂隙场的贯通度、发育高度;张永波[町等进
行了采动岩体裂隙分布分形规律的实验研究，认为
采动岩体裂隙网络形成、扩展及分布规律具有分形
特征.
上述研究成果通过理论模型、数值模拟、模拟实
验及工程反演等手段对覆岩运移规律与采动裂隙分
布状态及其在实际工程中的应用作了有益的探索，
但常规的方法多是对覆岩采动裂隙场的宏观表现行
为进行了相应的研究，对其细观演化规律研究尚有
所不足，特别是运用非线性的数学方法定量地描述
采动裂隙演化特征的研究还需要进一步完善.本文
借助于煤岩破裂过程细观分析数值方法，深入揭示
覆岩采动裂隙的演化过程，并运用非线性的分形几
何理论，对采动裂隙的分布状态进行定量描述.
基金项目:国家自然科学基金资助项目
(51174157
，
51174158
，
51104118)
;中国博士后科学基金面上资助项目
(2012
阳
12017)
;陕西省教
育厅自然科学研究项目(
12JK0801)
;西安科技大学博士启动金项目
(2012QDJOIO)
;西安科技大学科研培育基金
(201141
)
通信作者:刘超
(1981
斗，男，问南息县人，博士后，讲师，主要从事煤岩动力灾害致灾机理、监测分析及防治方法方面的研究.
E
-mail
,
liuchao 2001@163.
com
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