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[摘 要]目前，国内外常用的底板破坏深度的研究方法已有很多种，本文运用弹塑性力学方法结合莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）强度理论，根据对煤矿采动过程中底板岩层破坏机理和深度理论研究及现场实测数据，对煤层底板岩体受采动影响的最大破坏深度进行了理论计算，从实践的角度提出了矿压对采场底板岩层破坏深度的新认识。
[关键词]采动过程；莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）强度理论；底板岩层；破坏机理
中图分类号：TD803 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
1.概述
采动过程中底板岩层的破坏机理的认识和破坏深度的确定，对于采场安全性评价具有重要意义，也是现场实际观测和理论探讨的主要内容，一直以来受到人们的普遍重视。为了研究底板岩层破坏的细观机理，描述底板岩层的裂隙演化，本文在分析某矿工作面煤层底板应力环境的基础上，基于岩石工程破坏准则，采用连续介质损伤力学和几何损伤理论的研究方法将损伤、渗流及孔隙率演化等相互耦合的有效应力概念引入莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）破坏准则，建立了煤层底板脆性裂隙岩体介质在孔隙水压力作用下受采动影响的脆性动力损伤发展和孔隙率演变模型。
2.采动过程中底板应力分布规律
在煤体与采空区交界地区，采动引起的底板岩层应力在水平方向上划分为4个特征区，即Ⅰ原岩应力区、Ⅱ压缩区、Ⅲ膨胀区和Ⅳ应力恢复区。底板岩层在垂直方向上划分为4带，即：矿压破坏带、新增损伤带、原始损伤带、原始导高带。如图1所示。
由于煤层开采，上覆岩层荷载转移到工作面前方煤体和已压实的冒落矸石上，形成支承压力峰值区域。煤壁前方底板岩体处于压缩状态，表现为压缩位移，而工作面后方采空区底板岩体处于卸压区，表现为膨胀位移。在压缩区与膨胀区的交界处，底板岩体容易剪切变形而发生剪切破坏。在正常推进过程中，煤层底板岩层具有采前应力（位移）升高（减小），采后应力（位移）降低（增大）及恢复3个阶段，随工作面推进而重复出现。
在煤层倾角不大的情况下，工作面两侧底板应力分布状态基本相同。支承压力通过煤体向底板传递，其底板应力值随着远离开采层而递减。
3.底板岩层破坏深度的确定
根据魏西克（A.S.Vesic）提出的塑性滑移时，岩土层极限承载力的综合计算公式，结合莫尔—库仑破坏准则，可得到底板岩体的极限载荷，求出塑性区宽度（支承压力峰值垂直对应点至煤壁的距离），从而得出极限支承压力条件下，应力集中导致的底板岩体最大破坏深度和采空区内底板破坏区沿水平方向的最大长度。
1）塑性区宽度计算
式中：
a：2倍的工作面控顶距，m；
nm：最大应力集中系数；
m：煤壁边缘附近的极限应力，MPa；
γc：煤层底板平均容重，kg/cm3；
H：工作面距地表垂直距离，cm2。
经现场观测数据：H=242m，最大控顶距为4.86m，σM=12.44MPa，γc=0.0025kg/cm3，nm=2.5，底板岩体内磨擦角φ=40o。将数值代入公式（1）得：L'=2.44m。
则煤层底板岩体最大破坏深度h1：
煤层底板岩体最大破坏深度距工作面端部的水平距离：
采空区内底板破坏区沿水平方向的最大长度：
根据上述计算结果绘制出工作面底板破坏带的分布形态，如图2所示。
5.总结
通过分析可得出，上下两工作面切巷之间的平距越近，其顶板下沉量和下沉速度越大，當上工作面推过下工作面30m以后，顶板下沉速度缓和，逐步趋于稳定。这对研究煤安安全开采中煤层底板稳定性具有十分重要的指导意义。
作者简介
韩瑞（1980—），男，本科学历，毕业于山东科技大学地质工程专业，国家注册安全工程师，现任山东华融集团驻济南华玫矿业地测部副部长，主持参与矿井受水威胁工作面底板改造及矿井南翼一采区帷幕截流工程等矿井防治水工作。
[关键词]采动过程；莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）强度理论；底板岩层；破坏机理
中图分类号：TD803 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
1.概述
采动过程中底板岩层的破坏机理的认识和破坏深度的确定，对于采场安全性评价具有重要意义，也是现场实际观测和理论探讨的主要内容，一直以来受到人们的普遍重视。为了研究底板岩层破坏的细观机理，描述底板岩层的裂隙演化，本文在分析某矿工作面煤层底板应力环境的基础上，基于岩石工程破坏准则，采用连续介质损伤力学和几何损伤理论的研究方法将损伤、渗流及孔隙率演化等相互耦合的有效应力概念引入莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）破坏准则，建立了煤层底板脆性裂隙岩体介质在孔隙水压力作用下受采动影响的脆性动力损伤发展和孔隙率演变模型。
2.采动过程中底板应力分布规律
在煤体与采空区交界地区，采动引起的底板岩层应力在水平方向上划分为4个特征区，即Ⅰ原岩应力区、Ⅱ压缩区、Ⅲ膨胀区和Ⅳ应力恢复区。底板岩层在垂直方向上划分为4带，即：矿压破坏带、新增损伤带、原始损伤带、原始导高带。如图1所示。
由于煤层开采，上覆岩层荷载转移到工作面前方煤体和已压实的冒落矸石上，形成支承压力峰值区域。煤壁前方底板岩体处于压缩状态，表现为压缩位移，而工作面后方采空区底板岩体处于卸压区，表现为膨胀位移。在压缩区与膨胀区的交界处，底板岩体容易剪切变形而发生剪切破坏。在正常推进过程中，煤层底板岩层具有采前应力（位移）升高（减小），采后应力（位移）降低（增大）及恢复3个阶段，随工作面推进而重复出现。
在煤层倾角不大的情况下，工作面两侧底板应力分布状态基本相同。支承压力通过煤体向底板传递，其底板应力值随着远离开采层而递减。
3.底板岩层破坏深度的确定
根据魏西克（A.S.Vesic）提出的塑性滑移时，岩土层极限承载力的综合计算公式，结合莫尔—库仑破坏准则，可得到底板岩体的极限载荷，求出塑性区宽度（支承压力峰值垂直对应点至煤壁的距离），从而得出极限支承压力条件下，应力集中导致的底板岩体最大破坏深度和采空区内底板破坏区沿水平方向的最大长度。
1）塑性区宽度计算
式中：
a：2倍的工作面控顶距，m；
nm：最大应力集中系数；
m：煤壁边缘附近的极限应力，MPa；
γc：煤层底板平均容重，kg/cm3；
H：工作面距地表垂直距离，cm2。
经现场观测数据：H=242m，最大控顶距为4.86m，σM=12.44MPa，γc=0.0025kg/cm3，nm=2.5，底板岩体内磨擦角φ=40o。将数值代入公式（1）得：L'=2.44m。
则煤层底板岩体最大破坏深度h1：
煤层底板岩体最大破坏深度距工作面端部的水平距离：
采空区内底板破坏区沿水平方向的最大长度：
根据上述计算结果绘制出工作面底板破坏带的分布形态，如图2所示。
5.总结
通过分析可得出，上下两工作面切巷之间的平距越近，其顶板下沉量和下沉速度越大，當上工作面推过下工作面30m以后，顶板下沉速度缓和，逐步趋于稳定。这对研究煤安安全开采中煤层底板稳定性具有十分重要的指导意义。
作者简介
韩瑞（1980—），男，本科学历，毕业于山东科技大学地质工程专业，国家注册安全工程师，现任山东华融集团驻济南华玫矿业地测部副部长，主持参与矿井受水威胁工作面底板改造及矿井南翼一采区帷幕截流工程等矿井防治水工作。