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摘要
为揭示大倾角大采高采场覆岩变形破坏的时空演化特征及应力路径效应，以2130煤矿25221工作面为研究背景，采用3DEC数值模拟方法，在对覆岩变形破坏时空演化特征的综合厘定与分析的基础上，提出了大倾角采场上覆岩层在采动应力作用下的扰动分区，量化了采场沿工作面走向、倾向及不同层位覆岩采动应力路径的空间演化规律，揭示了采场空间不同区域覆岩采动应力与断裂失稳过程中的对应关系。研究结果表明：在大倾角大采高开采中，重力-倾角效应作用下矸石呈现非均匀充填特征，导致覆岩垮落形态及顶板承载拱在采场空间均呈现出典型的跨层迁移转化特性，包络面内中上部区域“倒三角临空面+倾斜砌体结构+高位梯阶岩层”形成空洞现象，“高位梯阶岩层”失稳易诱发“倾斜砌体结构”同时断裂，对支架形成较大的冲击动载荷。工作面煤层开采导致采场上覆岩层的三向采动应力大小、方向均发生了显著变化。沿工作面走向，覆岩最大主应力演化先增大再减小，最小主应力则先减小再反向增大，最大和最小主应力沿推进方向的垂直平面内向采空区旋转，上覆岩层的极限平衡状态界面沿工作面倾斜方向呈非对称展布。沿工作面倾向，煤柱侧上方岩层产生应力集中，工作面上方岩层卸荷，覆岩层位越低，其峰值应力越大，应力变化幅度越大。最大主应力主要沿水平方向发生偏转，最小主应力则由工作面推进方向逐渐向垂直方向偏转。由弱扰动区域至采空区中心，应力反向偏转位置由倾向中部逐渐向上部移动，应力路径的非对称偏转传递特征愈发明显。大倾角大采高采场采动应力时空演化规律及采动应力-位移-覆岩断裂结构的映射关系为揭示大倾角大采高采场围岩失稳致灾机理提供基础，并结合生产实际， 提出了大倾角大采高综采工作面坚硬顶板冒垮压架防治措施。
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单位陕西煤业化工技术研究院有限责任公司; 西安科技大学
