分数阶流变模型提升破碎岩体蠕变预测精度——以Burgers模型为例

本文主要探讨了固体密实充填破碎岩体的分数阶流变模型在煤层群开采中的应用。基于分数阶理论，研究者对比了分数阶流变模型（如Burgers模型）与整数阶模型在模拟破碎岩体蠕变过程中的拟合精度，并发现分数阶形式在拟合上表现出了更高的准确性。分数阶模型能够更精确地描述岩体随时间变化的非线性和复杂行为，这对于理解和预测破碎岩体在开采过程中的动态响应至关重要。 在实际的煤层群开采中，上煤层工作面区段煤柱对底板产生的影响被深入分析。煤柱下方的垂直应力分布受深度影响，从底部逐渐减小，而两侧的水平应力则有所减小。研究者利用物理相似性原则和模拟结果，提出了上煤层煤柱下方的合理错距建议，以避免集中应力区，确保开采安全。例如，最小错距为40米，考虑地表均匀沉降后的建议值为50米，但实际操作中应选择大于50米的错距。 针对2-2煤与3-1煤的同采工作面，通过数值模拟和理论分析，得出了不同的错距安排。在初采阶段，工作面错距为131.4米，而在正常回采期间，则调整为79.1米。这种错距设置有助于稳定开采并防止过大的应力集中。 文章引用了多篇相关领域的研究论文，包括关于矿山压力控制、煤层联合开采下的工作面错距确定、巷道布置优化等方面的研究，这些研究为固体密实充填破碎岩体分数阶流变模型的应用提供了丰富的理论支持和技术指导。最后，作者张森作为高级工程师，以陕西煤业化工集团神南矿业公司的总经理身份，分享了他的专业经验和见解，强调了在实际煤炭生产中的应用价值。 本文通过对分数阶流变模型的运用，为煤层群开采中的岩体力学行为提供了更为精准的数学描述和实践指导，对于优化开采设计、提高开采效率及保障安全生产具有重要意义。