采用理论分析、数值模拟和现场实测综合研究方法,系统阐明了深部采场底板围岩三维应力场的空间分布特征和时间变化规律,揭示了深部采场底板围岩在多力学参量作用下的裂隙演化力学机制。研究表明,底板岩层卸压扰动应力场的重分布具有选择性,底板岩层3个方向的应力并非完全卸压,部分区域甚至存在水平应力集中。采场底板围岩中最大主应力的集中与方向的偏转,引起最大主偏应力大小和形态的变化,进而引起采场底板围岩原始裂纹的起裂与扩展。依据采场底板围岩最大主偏应力场的差异性,将煤层底板岩层划分为未受采动影响区、过渡区、最大主

为研究采动覆岩裂隙演化及其中瓦斯的运移规律,通过物理相似模拟及数值模拟发现,煤层开采后采动覆岩裂隙形态可用椭抛带来表征。基于岩层控制关键层理论,建立了考虑采高及第一亚关键层与煤层顶板间距的采动裂隙椭抛带动态演化数学模型。运用环境流体力学,传质学,渗流力学,采动岩体力学等理论,得到采动煤体应力与卸压瓦斯渗流,纵向破断裂隙区瓦斯升浮,以及横向离层裂隙区瓦斯扩散等方程,构建出椭抛带中卸压瓦斯渗流-升浮-扩散综合控制模型。分析了椭抛带卸压瓦斯抽采机理,提出相应的煤与甲烷共采技术。通过山西天池煤矿抽采卸压

为了研究采动影响下底板不同应力分区裂隙动态分布及其演化规律,运用弹塑性力学和卸荷条件下断裂力学等相关力学理论分析了不同分区裂隙张开、扩展力学机理,提出不同分区裂纹扩展的应力、位移条件,通过FLAC3D和UDEC数值模拟软件分别研究了底板三维应力状态、位移变化和裂隙演化规律,对底板应力分区做出量化,同时得到采动影响下底板裂隙发育"O"形圈及其动态变化。通对底板不同分区内裂隙的发育倾角统计结果分析,得到了底板不同分区裂隙发育特点:压缩区裂隙多为弯折拉伸裂纹,方位角大致为垂直方向;过渡区裂纹多为反向滑

采用可以模拟连续及非连续介质出现变动响应的离散元软件对采动围岩的应力和裂隙进行了分析。结果表明:采动应力变化在时空上和采面的距离和煤岩层间距有关,完全开采前近煤层应力变化为对称"V"型-非对称"V"型-"W"型,远煤层应力变化为对称"V"型-非对称"V"型;采动裂隙是采动应力变化的显现,裂隙的发育与采动应力集载和卸载频度有关,在煤层上方15~30 m应力幅度变化大,裂隙密度大、持续时间长,是理想的瓦斯抽放位置。