浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区特征及其治理技术
汪北方1
吕元昊2
张晶3
1.辽宁工程技术大学鄂尔多斯研究院,内蒙古 鄂尔多斯 017010;辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁 阜新 123000;煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室,北京 1022992.辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁 阜新 1230003.辽宁工程技术大学理学院,辽宁 阜新 123000
摘要：神东矿区浅埋近距离煤层开采覆岩裂隙发育,漏风条件复杂,遗煤自燃隐患突出,严重制约矿井安全、高效生产.为此,采用相似试验和数值模拟划定浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区,运用分形几何理论量化分区裂隙,基于"关键层理论"分析裂隙分区诱因并针对性提出治理技术方案.结果表明:31114工作面开采覆岩裂隙循环张开、闭合,地表滞后工作面周期性产生倾向动态裂缝.浅埋复合采空区覆岩裂隙呈"M"状分布,划为垮落带不规则裂隙区Ⅰ,裂隙带斜向破断裂隙区Ⅱ、Ⅲ和斜向离层裂隙区Ⅳ,地表边界内侧形成边缘裂缝.其中,裂隙区Ⅰ空隙发育、分布复杂,裂隙网络分形维数最大为 1.569,裂隙区Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分形维数依次为 1.531、1.396和 1.438.建立浅埋复合采空区覆岩关键岩块"砌体梁"结构力学模型及失稳判据,阐释覆岩基本顶关键层"砌体梁"结构回转变形失稳导致裂隙区Ⅱ和Ⅲ斜向破断裂隙张开,基本顶关键层和层间关键层"砌体梁"结构组合承载作用致使裂隙区Ⅳ斜向离层裂隙发育.提出浅埋复合采空区覆岩斜向裂隙和地表裂缝井上、下协同治理技术,增加工作面进、出上覆采空区和末采阶段推进速度至 14 m/d,辅以裂隙区Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ及边界地表回填风积沙、覆盖黄土.SF6 示踪技术测试表明浅埋复合采空区地表漏风量小,覆岩采动裂隙治理效果良好,为遗煤自然发火防治提供重要理论参考依据.
关键词：浅埋复合采空区裂隙分区分形几何理论"砌体梁"结构裂隙治理
分类号：TD325(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52374092)煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室开放基金资助项目(WPUKFJJ2022-03)辽宁工程技术大学鄂尔多斯研究院校地科技合作培育资助项目(YJY-XD-2024-A-012)
论文发表日期：2025-02-28
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( 41-52 )
英文信息