浅埋深交错煤层群覆岩运动规律及复合采空区自燃"三带"研究

陈殿赋; 倪权; 吴兵; 李杨

doi:10.13347/j.cnki.mkaq.20241560

摘要：为深入探讨煤层群开采对覆岩运动规律及煤层自燃风险的影响,以大柳塔活鸡兔井12204 与 22206 复合采空区为研究对象,系统研究煤层群开采导致的覆岩运动及地表沉陷特征,同时结合数值模拟,进一步认识复合采空区煤自燃风险.通过理论计算与无人机实测相结合的方法,对复合采空区的地表沉陷情况进行了全面评估,并利用三维离散元仿真软件 3DEC模拟了复合煤层开采对覆岩运动的影响规律;同时,通过仿真结果验证模型精度,并结合Fluent软件,引入耗氧函数,进一步细化复合采空区自燃"三带"划分,分析了氧化带的空间分布特征及其对煤自燃风险的影响.理论计算结果显示:12204 工作面重新压实区的地表最大沉陷量为 3.54 m,22206 工作面重新压实区的地表最大沉陷量为 1.06 m.无人机实测结果表明:在采空区重叠区域,地表沉陷量高达 5 m.模拟数据表明:煤层群开采的重叠区域地表沉陷系数为 0.24,而下煤层煤柱上方的沉陷系数仅为 0.12,煤层群开采导致的地表沉陷量为单层煤层开采的 2 倍;此外,下层煤层回采后覆岩会经历二次挤压变形,其垮落角较初次变形减小约 9°.基于Fluent软件的氧气场模拟显示:下煤层进风侧的氧化带宽度约 143 m,回风侧氧化带宽度为 50 m,而上、下煤层底板氧化带的面积分别为 26 676 m2 和 24 003 m2,表明上煤层的自燃风险更高,高氧区域主要集中在进风侧及裂隙发育区域.