Evolution characteristics of mining-induced fractures in overburden strata under close-multi coal seams mining based on optical fiber monitoring
01摘要
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重复开采产生大规模采动裂隙是造成陕北矿区地表水流失的重要原因，准确掌握采动裂隙的演化情况对解决该地区脆弱的生态环境、保证煤矿生产安全至关重要。以陕北柠条塔煤矿近距离多煤层开采为研究对象，研究了覆岩破坏类型、采动裂隙演化及破碎带高度。研究结果表明：由于二次开采的叠加，覆岩破坏类型由“梯形”转变为“重叠梯形”，破碎带高度由64.5 m扩展到158.5 m；采动裂隙演化特征由“三阶段三步骤”模式转变为“三阶段两步骤”模式。提出基于光纤传感的覆岩变形表征模型，有效描述覆岩破坏的应变分布特征，从“水平三面、垂直三带”的角度揭示覆岩变形的时空演化，实现对覆岩变形的实时表征。结果表明，除理论计算外，光纤监测与其他方法的相对误差在5.0%以内。该研究为陕北矿区采动裂隙探测提供了一种技术解决方案，对进一步研究重复开采条件下的覆岩变形破坏具有重要意义。
02图表
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03结论
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（1）密排多煤层重复开采改变了上覆岩层破坏形态，1～2 层开采后破坏形态明显呈现“梯形”，2～2 层开采后破坏形态变为“叠合梯形”。
（2）密排多煤层重复开采改变了采动裂隙发育特征，1～2 层开采采动裂隙呈“三期三台阶”式发育，2～2 层开采采动裂隙呈“三期两台阶”式发育。重复开采加剧了上覆岩层变形，扩大了裂隙发育范围，其中裂隙带高度由43.0 cm 扩展到105.7 cm，增加了1.46 倍，最大应变增加了0.79 倍。
(3)基于光纤传感的覆盖层变形表征模型有效地描述了覆盖层破坏的应变分布特征，该模型从“水平三区、垂直三带”的角度揭示了覆盖层变形的时空演化规律，实现了对覆盖层变形的实时表征。
(4)证明了光纤监测覆盖层裂隙的可行性和准确性。利用光纤、理论计算、模型直接测量和数值模拟对裂隙区高度进行了测量。结果表明，除理论计算外，光纤与其他测量方法的相对误差均小于5.0%。
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