基于信息熵的采动覆岩应力动态演化与水害辨识

TD74; 煤层开采过程中裂隙的演化对于煤矿顶板导水通道的形成至关重要.以研究区煤矿2煤首采工作面为地质原型,采用相似材料模型试验研究了不同开采距离下覆岩应力的动态演化过程.基于信息论中的信息熵,对模型中应力的监测结果进行计算,得到不同开采距离下的应力信息熵,对采动覆岩应力变化过程进行定量化的动态分析.结果 表明:应力信息熵的演化分为3个阶段,即发生期、扩展期和稳定期.应力信息熵随开采距离的增加呈波动上升态势,这是由覆岩系统内部离层和导水裂隙带的发育情况引起的.当离层产生以及导水裂隙带发育时,应力信息熵增大;当裂隙闭合时,应力信息熵会相应减小.在不同的空间演化中,应力信息熵也存在着较大的差异性...

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Published in煤炭学报 Vol. 46; no. 9; pp. 3006 - 3014
Main Authors 杨鹏, 杨伟峰, 张鑫全, 王振荣, 杨茂林
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116%中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116 01.09.2021
中铁大桥勘测设计院集团有限公司,湖北武汉430050%中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司,陕西神木719315
Subjects
覆岩应力;信息熵;矿井水害;相似材料模型;导水通道
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ISSN0253-9993
DOI10.13225/j.cnki.jccs.2020.0706

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Summary:TD74; 煤层开采过程中裂隙的演化对于煤矿顶板导水通道的形成至关重要.以研究区煤矿2煤首采工作面为地质原型,采用相似材料模型试验研究了不同开采距离下覆岩应力的动态演化过程.基于信息论中的信息熵,对模型中应力的监测结果进行计算,得到不同开采距离下的应力信息熵,对采动覆岩应力变化过程进行定量化的动态分析.结果 表明:应力信息熵的演化分为3个阶段,即发生期、扩展期和稳定期.应力信息熵随开采距离的增加呈波动上升态势,这是由覆岩系统内部离层和导水裂隙带的发育情况引起的.当离层产生以及导水裂隙带发育时,应力信息熵增大;当裂隙闭合时,应力信息熵会相应减小.在不同的空间演化中,应力信息熵也存在着较大的差异性.从竖向监测线来看,开切眼附近的应力信息熵随着工作面的推进波动减小,终采线附近的应力信息熵随着工作面的推进波动增大,中间位置的应力信息熵在开采前后基本一致;从横向监测线来看,在应力信息熵的扩展期裂隙发育最为强烈.通过对矿井水害致灾危险源进行辨识,揭示导水通道的形成阶段,在相似材料模型开挖至45～105 cm期间为应力信息熵的扩展期,此阶段导水通道形成.工程实例表明应力信息熵的扩展期与水害发生的危险期具有一致性,在此阶段及时采取防治措施,避免水害事故的发生.
ISSN:0253-9993
DOI:10.13225/j.cnki.jccs.2020.0706