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　  采動地裂縫是煤礦區(qū)典型的非線性力學(xué)災(zāi)害形式，是煤炭井工開采后采空區(qū)上覆巖層移動與表土層形變耦合的結(jié)果，其形成過程是一個復(fù)雜的巖土力學(xué)過程。地裂縫可對土地生態(tài)以及建(構(gòu))筑設(shè)施、交通線路與堤防設(shè)施等巖土工程設(shè)施造成不同程度的破壞，并引發(fā)次生礦山地質(zhì)災(zāi)害，誘發(fā)一系列社會問題，嚴重威脅人民生命財產(chǎn)安全和礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和煤炭資源大規(guī)模開發(fā)與戰(zhàn)略西移，采動地裂縫問題更加突出，如榆神府煤礦區(qū)高強度開采使地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害廣泛發(fā)育，自1993年以來，在94.47 km2采煤沉陷區(qū)內(nèi)分布有地裂縫1802條(組)，造成嚴重的水土流失、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

　　采動地裂縫的形成過程可以簡化為)巖層破斷與移動階段和)地表土體形變階段兩個階段。

　　關(guān)于煤礦區(qū)采動地裂縫形成機理的研究，目前多集中在拉伸型、滑動型、切落型、塌陷型等類型。大多數(shù)地裂縫是多個因素綜合作用的結(jié)果，以其中某一因素為主導(dǎo)，地裂縫的分類原則應(yīng)以其形成的主導(dǎo)因素為主。

　　中國礦業(yè)大學(xué)(北京)胡振琪團隊認為，切落型與塌陷型地裂縫本質(zhì)上主要受巖土層剪切應(yīng)力作用而形成，故將塌陷型歸屬為切落型地裂縫。因此，研究人員主要歸納分析了拉伸型、滑動型、切落型3類采動地裂縫形成機理的研究進展。

　　地裂縫不僅受松散層物理力學(xué)特性影響，還受到巖層結(jié)構(gòu)與巖性、采礦工藝、煤層賦存條件和地形地貌等地質(zhì)采礦因素的耦合影響。此外，斷層等特殊地質(zhì)構(gòu)造也有一定影響。

　　分析認為，當前的研究成果可在一定程度上揭示采動地裂縫形成機理，但從研究進展的分析與討論以及未來我國能源開發(fā)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移、煤炭開采技術(shù)變革方面，有如下認識:

　　(1)不同巖土層介質(zhì)間應(yīng)力—應(yīng)變演化機制是采動地裂縫形成過程的核心。大量研究表明基巖與松散層接觸面間的摩擦力對土體形變有明顯作用，但土體受應(yīng)力作用后應(yīng)力-應(yīng)變機制尚有不明之處，需深入開展巖土體接觸面摩擦力作用機制及其對上覆土體破壞程度的定量研究。

　　(2)動態(tài)地裂縫“M”形或多個“開裂—閉合”形成過程存在力學(xué)合理性。需進一步改進現(xiàn)有監(jiān)測方法，研發(fā)新的動態(tài)地裂縫監(jiān)測裝置，在不影響巖土體物理特性的同時盡量避免現(xiàn)場環(huán)境干擾，監(jiān)測地裂縫性狀演變特征及巖土體形變特征，綜合運用多技術(shù)手段開展研究。

　　(3)采動地裂縫受復(fù)雜地質(zhì)采礦條件的影響，現(xiàn)有研究多基于一定的力學(xué)簡化假設(shè)條件進行數(shù)學(xué)與力學(xué)推導(dǎo)，而未考慮多因素耦合影響效應(yīng)，尤其未考慮到巖土體中非連續(xù)介質(zhì)與連續(xù)介質(zhì)的耦合影響，所采用的數(shù)學(xué)與力學(xué)理論有時并未能反映開采沉陷巖土體力學(xué)行為本質(zhì)。因此，建立顧及多因素耦合影響效應(yīng)的力學(xué)模型并與實測結(jié)果驗證更具說服力。

　　(4)采動地裂縫形成機理的數(shù)值模擬研究方法較多，它們的廣泛應(yīng)用能夠起到一定作用，但每種方法都有其力學(xué)理論的限制，未來應(yīng)綜合利用現(xiàn)場實測、數(shù)值模擬、物理模擬、理論分析等多技術(shù)手段，可以盡量規(guī)避應(yīng)用單一技術(shù)手段的部分缺陷，也可增加實驗和理論分析結(jié)果與現(xiàn)場實際的吻合性，但應(yīng)注意技術(shù)方法之間的兼容性和力學(xué)理論的一致性。

　　(5)深部開采及西部生態(tài)脆弱礦區(qū)高強度開采條件下，采動地裂縫形成機理可能與傳統(tǒng)開采方式下有所不同；淺部開采向深部開采轉(zhuǎn)變條件下，地裂縫的類型將發(fā)生變化，其力學(xué)轉(zhuǎn)變機制尚未引起重視；新開采技術(shù)的應(yīng)用可能引起巖土體不同介質(zhì)間應(yīng)力應(yīng)變演化機制的改變。上述問題值得未來研究關(guān)注。

　　(6)采動地裂縫形成機理的實質(zhì)是采礦驅(qū)動力引起的巖土體非線性變形，對礦區(qū)巖土工程設(shè)施及土地生態(tài)安全等造成嚴重威脅。深入開展采動地裂縫形成機理研究，進而采取針對性的防治措施，有助于實現(xiàn)礦區(qū)土地生態(tài)損傷分區(qū)差異化修復(fù)，這對于礦區(qū)采動損害控制以及土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)等具有重要意義。

　　這項研究得到了國家自然科學(xué)基金委員會—神華集團有限責任公司煤炭聯(lián)合基金的資金支持，論文第一作者為課題組陳超博士研究生，論文題目為《我國采動地裂縫形成機理研究進展》，已于近期發(fā)表于《煤炭學(xué)報》2018年第3期。