基于顶板结构断裂特征的煤矿结构充填关键位置确定方法
冯国瑞1
郭伟2
李竹2
戚庭野1
崔家庆2
崔业凯2
张志城2
蔡文浩2
1.太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024;矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室,山西太原 030024;山西省煤基资源绿色高效开发工程中心,山西太原 030024;山西浙大新材料与化工研究院,山西太原 0300242.太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024;矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室,山西太原 030024;山西省煤基资源绿色高效开发工程中心,山西太原 030024
摘要：充填开采是控制岩层移动并降低地表沉降与环境损害的重要途径,而充填材料来源不足和充填成本高昂现成为制约井工煤矿充填开采推广应用的主要瓶颈.探寻重点区域的低充填率靶向充填新方法与配套技术是充填开采的研究热点之一.为解决上述问题,结合煤矿井下结构充填的学术思想,深入研究了顶板岩层断裂特征,明确了顶板岩层破断块体尺寸及铰接形态,识别了破断铰接块体主沉降区域,判定出结构充填的关键位置.结合关键位置确定方法,提出重点控制基本顶最大挠度位置,即板结构潜在张拉断裂位置(塑性铰发育位置)的"工字型"结构充填新方法.结合新阳矿岩层地质参数,借助FLAC3D数值模拟软件,深入分析了工作面采宽和推进方向上顶板岩层内应力、竖直沉降、塑性区分布规律,揭示了不同方案下充填体稳定性演变特征.结果表明:"工字型"充填在节省充填用量的基础上,较垮落式开采减少初采期直接顶沉降量33.47%,与全部充填仅相差2.3%.同时,关键位置充填体能有效应对顶板回转下沉引起的应力集中,保持自身稳定性,实现对顶板的长效支撑.综合分析得到了新阳矿首采工作面初采期"工字型"结构充填最佳充填方案为中部条带长度 72 m,宽度 7m,两侧条带长度 18 m,宽度 6m,较全部充填可减少充填材料成本 33.86万元.该方案形成的密闭空间为 1980 m3,占总采出空间的 44%,可用来储能或碳封存,助力实现零碳绿色开采,推动双碳目标的实现.
关键词：关键充填位置塑性铰"工字型"结构充填充填体应力调配分区沉降特征
分类号：TD823.7(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52334005)国家自然科学基金(51925402)
论文发表日期：2024-04-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 38-49 )
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