基于尖点突变模型的采空塌陷地表裂缝形成机理

摘要

地表裂缝的形成主要与上覆岩层移动规律有关,为了研究浅埋单一关键层煤层开采造成的地表塌陷型裂缝形成机理,本文通过建立关键层断裂的固支梁和“砌体梁”力学模型,利用尖点突变理论,从力学平衡和能量平衡的角度解释了关键层断裂的原因,推导出了关键层的初次断裂步距和周期断裂步距,分析了关键层断裂与地表裂缝形成之间的关系,利用文中推导出的公式求得大柳塔煤矿12208工作面关键层的周期断裂步距为14.9 m,与现场矿压实测周期来压步距12～ 15 m以及裂缝平均间距13.7m相符.研究结果表明:关键层断裂是造成地表塌陷裂缝的主要原因,关键层断裂步距决定了裂缝间距.这对于研究类似采矿地质条件下的地表塌陷裂缝形成机理具有一定借鉴意义.