煤炭学报

作者：王兆会, 王家臣, 杨胜利, 孙文超, 王世荣, 郑参喆, 李子健, 陈坤,

关键词：采动应力旋转, 岩层运动, 旋转轨迹, 围岩稳定性, 轨迹调控,

采动应力是矿井围岩变形破坏的直接诱因，也是支护设计的前提基础，决定了围岩控制效果。由于煤炭开采强度和深度增加，采动应力分布趋于复杂，围岩失稳和动力灾变频率升高，控制难度增大。为保障煤炭资源安全高效开采，综合运用现场实测、理论分析、室内试验、数值计算等手段，发现了采动应力旋转现象，阐述了应力旋转的科学内涵、力学原理、表征方法及其在采矿工程中的应用实例。首先采用空心包体应变计实测了地应力张量和采动应力增量，提出了绝对采动应力计算方法；揭示了采动应力张量矩阵与主应力、主方向的关系，定义了采动应力旋转的科学内涵；基于应力张量矩阵变换特征给出了3种采动应力状态变化模式：主应力变化，主方向不变(Ⅰ)；主应力不变，主方向变化(Ⅱ)；主应力和主方向同时变化(Ⅲ)。实测结果表明采动应力张量属于变化模式Ⅲ，验证了应力旋转现象的存在性。阐明了岩层运动、采动卸荷导致采动应力渐进旋转及应力集中、释放导致大小主方向突变的力学原理。建立了采动应力旋转的极射赤平投影分析模型，得到了3类采动应力旋转轨迹，将三维空间旋转问题退化为二维平面问题，实现了旋转幅度和方位的定量分析；探讨了采动应力旋转与围岩稳定性的关系，以采动应力旋转轨迹为基础，提出了围岩稳定性的应力方向敏感区识别方法，实现了围岩破坏裂隙萌生位置和扩展方向的准确预测；阐述了采动应力旋转在“采掘工作面设计、顶板稳定性分析与支架选型、深部工作面断层活化治理、超长工作面围岩分区控制、拱形综放工作面强矿压控制”5类场景中的应用案例，形成了以采动应力旋转轨迹调控为核心的围岩控制技术，从开采源头提升围岩自承载能力，为矿井围岩控制提供新思路。

来源：2026年第3期

《煤炭学报》期刊编辑部

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