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摘要
综放工作面采动应力场分区特征决定顶煤裂隙场发育特征,为获得临空开采条件下顶煤裂隙扩展的应力驱动机制,本研究采用数值模拟、理论分析和现场实测手段对该类综放工作面顶煤主应力分布特征进行分析。结果表明:顶煤渐进破碎过程受主应力大小和方向的双重影响,最大主应力升高和最小主应力降低促进顶煤破碎,后者碎煤效率为前者的3.0～4.5倍;煤层为含有大量原生裂隙的复杂地质体,裂隙煤体具有各向异性力学特征,主应力方向旋转必然改变顶煤力学行为,进而影响顶煤破碎难度和破坏裂隙扩展特征;非临空开采条件下,顶煤主应力分布呈现对称分布特征,主应力旋转轨迹在赤平投影图中集中为一簇,旋转幅度小;临空开采条件下,顶煤主应力分布呈现非对称特征,临空侧顶煤主应力集中程度明显高于实体煤侧,主应力旋转轨迹在赤平投影图中分为两簇,旋转幅度大;采动影响下,顶煤最大主应力向竖直方向旋转,最小主应力向水平方向旋转,根据主应力同平行于推进方向竖直平面之间的空间位置关系,将顶煤主应力方向旋转轨迹划分为4个阶段:面外旋转阶段、面外反向回旋阶段、面内反向回旋阶段和非协调旋转阶段;最后采用临空开采工作面两侧巷道围岩的非对称变形现象验证了顶煤主应力方向旋转轨迹的非对称分布特征。
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