岩体采动裂隙时空演化及突水危险性决策模型研究

随着工作面的推进，采动覆岩裂隙无论在时间还是空间上都在变化，这种变化是动态的，因此研究采动覆岩裂隙的时空演化特征有助于矿井水害的动态决策制定。前文已经对采动覆岩裂隙宽度进行了统计分析，但是其变化只是定性地描述采动覆岩裂隙场的演化特征，而采动覆岩裂隙长度的演化对于表征采动覆岩裂隙的时空演化有重要的意义，因此对采动过程中覆岩裂隙的长度分布特征进行统计分析，如图4-23所示，由图可知，采动导致的裂隙以10～20m范围内的长度为主，工作面推进初期，采动覆岩裂隙的长度分布较均匀，长度也较短，最长裂隙小于35m。当工作面推进120m以后，采动裂隙的长度主要集中在10～25m之间，而最长的裂隙约为114m，是由于采动过程中裂隙的贯通作用形成的。而当工作面推进240m以后，裂隙的闭合和压实等起主要作用，此时裂隙长度分布较均匀。工作面推进300m到停采线为止，裂隙的最大长度增加，裂隙的发育和贯通作用较强。

图4-23　采动覆岩裂隙长度分布的时空演化特征

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图4-24　裂隙长度在竖直方向的时空演化特征

图4-25　裂隙长度在推进方向的时空演化特征

区域裂隙长度特征反映了裂隙的密度或量的分布，如图4-24和图4-25所示，采动裂隙沿采空区向上方向，在导水裂隙带内，裂隙量是逐渐减小的，一般在导水裂隙带中部裂隙量减少，过了中部以后裂隙量先增加然后再减小。而在水平方向，即沿着工作面推进方向，裂隙量的分布如图4-25所示，当推进到400m后，裂隙的分布在工作面中部区域较少，而两侧较多，形状如“马鞍形”，这与导水裂隙带的形态类似，而在推进过程中，当工作面推进过120m以后，工作面裂隙的分布以一个又一个的“马鞍形”逐步扩展。无论在纵向还是推进方向，裂隙的长度时空分布均具有明显特征，因此通过对裂隙长度占位分形特征和方向分布熵特征进行时空演化分析，进而对裂隙的发育状态进行判别是可行的。因此，为了研究采动覆岩裂隙的时空演化特征，以及裂隙产生、贯通、开张和闭合的判断准则，我们对采动覆岩裂隙网络进行单元网格划分（图4-9），以更小的尺子去测量裂隙，并计算每一单元的裂隙的各个参数，最后基于GIS对裂隙场的分形维数和熵进行计算处理，获得裂隙分形维数与熵的时空演化过程特征。