下行开采重复采动覆岩裂隙演化试验结果分析

采用本研究的数字图像处理方法，对上行开采重复采动过程中覆岩裂隙图像进行处理，图5-11为3上煤开采结束后覆岩裂隙图，图5-12为下行开采重复采动覆岩裂隙演化图。

图5-11　3上煤开采初始裂隙图

图5-12　下行开采覆岩裂隙网络演化图

下行开采过程中，3上煤（上部煤层）开采完成时，采动导致的覆岩裂隙场分形维数分布如图5-13所示，分形维数在工作面推进方向呈“马鞍形”，这与下行开采以及单煤层煤开采结果一样，与前文研究结果一致。但是，随着3下煤（下部煤层）开采完成时导水裂隙带的轮廓呈“梯形”。

图5-13　下行开采覆岩裂隙分形维数与裂隙熵在工作面推进方向的变化

图5-14显示了下行开采重复采动覆岩裂隙分形维数与裂隙熵在工作面推进方向的时空演化。随着工作面的推进，分形维数在工作面推进方向的分布也为“梯形”，如图5-14（a）所示，工作面推进56m到100m之间，在距离切眼90m处分形维数发生波动。而如图5-14（b）所示，下行开采由于3下煤（下部煤层）开采而导致的覆岩重复采动裂隙场裂隙熵随着工作面的推进呈周期性变化，随着工作面的推进而逐渐增加，说明下行开采重复采动覆岩裂隙的时空演化是熵增的过程，系统趋向于复杂，裂隙的方向趋向于混乱，导水裂隙带内覆岩破碎。

图5-14　下行开采重复采动覆岩裂隙分形维数与裂隙熵在工作面推进方向的时空演化(www.xing528.com)

图5-15　下行开采重复采动覆岩裂隙分形维数与裂隙熵在竖直方向的时空演化

图5-15为下行开采重复采动覆岩裂隙分形维数与裂隙熵在竖直方向的时空演化特征。随着工作面的推进，分形维数在垂直煤层底板方向的分布呈现周期性变化，呈现先减小后增加，又减小，再部分增加的状态，这与上行开采重复采动覆岩裂隙分形维数在竖直方向的时空演化特征不同，主要是由于3下煤（下部煤层）开采而导致覆岩裂隙增加，在两煤层隔层中间形成了新的覆岩破坏带，覆岩裂隙主要集中在距离底板35m的位置。图5-15（b）中，3下煤（下部煤层）开采导致的覆岩裂隙熵呈现周期性变化，且基本上维持在逐步增加的状态，说明裂隙场在重复采动的影响下呈现熵增的特点，即下行开采重复采动覆岩裂隙场系统趋于更加混乱。

图5-16　下行开采覆岩裂隙分形维数与裂隙熵演化特征

由图5-16可知，重复采动覆岩裂隙的分形维数与裂隙场熵均是递增趋势。在沿工作面推进方向同样呈周期性变化，且裂隙长度一直在增加。根据重复采动覆岩裂隙场分形维数、裂隙熵以及前文裂隙状态判据，下行开采重复采动覆岩裂隙时空演化特征主要以裂隙的产生为主，由此对于同一条件下的同一近距离煤层工作面，下行开采比上行开采，裂隙场系统的熵增加速度更快，裂隙更加趋于混乱。

根据重复采动覆岩裂隙分形维数、裂隙熵以及前文裂隙状态判据，可以将下行开采重复采动覆岩裂隙时空演化特征演化划分为以下两个阶段：

第一阶段：此阶段主要为重复采动表现分形维数上升，裂隙熵减小，主要在开切眼56m以前，3下煤裂隙带形成，3上煤裂隙以闭合为主。

第二阶段：当工作面推进到56m以后，随着开采的进行，重复采动覆岩裂隙的分形维数与裂隙熵均增加，此过程裂隙主要以张开、压密和新裂隙的产生为主。