左建平，孙运江，王金涛，姜广辉，陈　岩

(1.中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院，北京 100083；2.中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083)

工作面前方顶板渐进破坏的断裂力学分析

左建平1, 2，孙运江1，王金涛1，姜广辉1，陈岩1

(1.中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院，北京 100083；2.中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083)

[摘要]对中兴煤矿3211工作面前方顶板20m深度范围内的岩层运动进行了现场钻孔实测，分析发现各岩层呈现出上下波动的运动特征。各测点振动幅度越靠近工作面就越大，由此提出了工作面前方顶板渐进运动破断机理，并对岩体内微裂纹渐进扩展演化机理进行了细观断裂力学分析。研究表明，超前影响远离工作面区段，围压较高，岩层内部微裂纹发生自相似扩展；靠近工作面区段，围压较低，岩层内部微裂纹发生弯折扩展，最终裂纹发生失稳。

[关键词]工作面前方顶板；渐进破坏；微裂纹扩展；断裂力学

随着我国越来越多的煤矿相继进入深部开采状态，围岩处于“三高一扰动”的复杂应力环境[1]，尤其是在强采动条件下，岩体内部微裂隙周围的变形将会发生突变，从而引起一定范围内煤岩体向采空区产生差异回弹变形[2]。这种差异变形将会在裂隙面上形成拉应力，使裂隙面从压剪应力状态转化为拉剪应力状态，导致微裂隙逐渐发生张开、扩展、贯通、失稳[3]。顶板关键层的周期性断裂，将会对工作面前方一定范围内顶板加卸载，岩体在加卸载过程中，损伤不断积累，微裂纹逐渐贯通扩展，直至塑性屈服，使强度大大降低，从而导致顶板岩层表现为渐进破坏的特点[4]。……