西部矿区属于生态本底脆弱的干旱半干旱地区,煤炭资源的高强度开采加剧了矿区生态环境破坏。通过选择合理的开采参数（采高、面长、推进速度）既能保证工作面回采效率,又能减弱煤层开采引起的覆岩变形破坏。为此,本文基于损伤力学构建采动岩体损伤的本构模型,定义了覆岩损伤度指标定量表征开采扰动覆岩三维空间损伤程度。以西部矿区上湾煤矿地质条件为背景,将损伤本构方程嵌入至FLAC3D数值模型,对比分析覆岩损伤度和导水裂隙带的面长和推进速度效应,建立覆岩损伤度与开采参数的定量关系并给出了12401工作面的合理开采参数:采高8.8 m,工作面长度为300 m,推进速度为13.47～20.58 m/d。同时,分析得出了推进速度对顶板损伤特征的影响机制:推进速度增加促使顶板抗拉强度升高,降低覆岩损伤程度。最后,利用不同推进速度情况下的相似模拟以及现场周期来压步距和地表裂隙发育特征实测结果验证了基于覆岩损伤度设计高强度开采参数的合理性。

北京市自然科学基金项目（8212032）；国家自然科学基金项目（51874312,51904302）；煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室开放基金项目（WPUKFJJ2019-5）；

1 工程背景
2 覆岩损伤度的数值模拟研究
2.1 损伤本构模型
2.2 开采模型构建
2.3 覆岩损伤度定义
2.4 工作面长度效应
2.5 工作面推进速度效应
3 基于覆岩损伤度的模拟结果验证
3.1 不同推进速度相似模拟验证
3.2 不同推进速度的现场实测
4 结论

何祥,张村,赵毅鑫,李全生,韩鹏华,陈见行.基于覆岩损伤本构模型的高强度开采参数确定及减损效果评价[J].采矿与安全工程学报,2021,38(03):439-448.