我国大部分煤矿地质条件复杂,开采扰动下围岩变形易诱发煤与瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害。围岩失稳所引发的上覆岩层破裂及裂隙发育—扩展—贯通与多方面因素密切相关,如关键层特征、工作面推进距离及煤层倾角等。为了保障煤炭开采的安全高效,需对覆岩移动变形规律、原岩应力和储层裂隙的分布特征进行研究。本论文以寺河煤矿为工程背景,以煤的微细观结构为基础,开展了煤岩力学试验研究,运用理论分析和数值模拟方法,研究了采动过程中覆岩裂隙演化规律。本硕士论文结构框架如下:第一章查阅文献介绍国内外采动覆岩移动变形规律的研究现状,并对采动覆岩应力场、位移场的演化规律等进行概括总结。第二章采用微观分析和宏观力学试验对煤样进行研究。(1)试验煤样孔隙度低、连通性差,孔径分布以微孔(42.75%)和小孔(41.78%)为主。(2)单轴加载条件下不同加载速率(由0.05mm/min增加到0.5mm/min),峰值强度增大超过50%。(3)不同围压下煤的三轴与声发射同步实验结果表明,累计声发射振铃数经历了初始增加阶段、中期平稳阶段、后期间歇性增长阶段;随围压增加声发射活跃度增加,同时减小了煤样的初始应力损伤。第三章对典型上覆岩层砂岩进行了力学试验研究。(1)通过单轴压缩和巴西劈试验,得到砂岩的单轴抗压强度、弹模、泊松比、抗拉强度分别为103.37MPa、4.77MPa、0.23、7.25MPa。(2)直剪试验中,随加载速率的增加,砂岩抗剪强度变大;裂纹的横向扩展减小。(3)多步剪切试验中,随着加载速率一个量级的增加,砂岩剪切强度提高了27.8%。加载段与恒压段声发射信号量相差较大,跨越不同数量级,但加载、恒压段、后期阶段与整体概率密度函数具有统一性,满足能量上的幂律无尺度分布。第四章介绍了寺河矿井的工程概况、地质构造、煤层赋存等情况;其次,对煤层开采后上覆岩层采动应力场分布、采动覆岩裂隙场分布、采动裂隙场空间形态三个方面进行了归纳。最后,基于关键层理论与弹塑性力学,计算得到寺河矿井3402工作面顶板的初次来压距离为19.34m,周期来压距离为16.2m,与现场测得的数据相吻合,为数值模拟提供计算依据。第五章采用离散元软件(UDEC)模拟研究了采动覆岩裂隙演化规律。(1)不同推进距离下,煤层顶、底板垂向应力变化趋势一致;切眼和工作面两端出现应力集中区,沿煤层走向符合“横三区”特征,且随工作面推进,其相对位置保持不变。(2)不同推进距离下,煤层顶、底板垂向位移变化趋势一致,顶板下沉,位移曲线呈“V”字形,底板上鼓,位移曲线呈“?”字形;煤层被采出后,上覆岩层先后出现断裂和弯曲现象,有明显的“三带”特征。(3)不同煤层倾角下,煤层在回采过程中,采空区覆岩破坏过程:剪切错动—弯曲变形—拉伸断裂—离层垮落—充填压实;倾角增大,煤壁前方支撑应力、应力集中系数逐渐增大。(4)不同煤层倾角下,围岩应力分布的不均匀性显著,岩层垮落具有时序性,上部岩层最先垮落,下部采空区被矸石充填,沿煤层走向自上而下形成部分充填、完全充填和充填压实区。(5)采用二值化对采动覆岩裂隙进行提取。不同推进距离下,围岩裂隙空隙率先升高后降低,而地表下沉量前期变化不明显,后期呈增加趋势;不同煤层倾角和不同推进距离下,围岩裂隙空隙率变化趋势相同;围岩裂隙空隙率随倾角增大有减小趋势;当距切眼80m时,地表下沉量由零逐渐上升,并随倾角增大而增加。第六章总结概况论文的研究成果与结论,并提出展望,如进行相似模拟和大尺度现场试验,进一步分析关键层、采高、推进速度等因素对采动覆岩裂隙的影响。