缓倾斜厚煤层仰斜开采覆岩及地表损伤特征与机理
谢晓深1
侯恩科2
赵兵朝3
冯栋2
侯鹏飞2
郭维强4
1.西安科技大学能源学院,陕西西安 710054;陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室,陕西西安 7100542.西安科技大学地质与环境学院,陕西西安 710054;陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室,陕西西安 7100543.西安科技大学能源学院,陕西西安 7100544.国家能源集团宁夏煤业有限责任公司,宁夏银川 750408
摘要：为科学指导鄂尔多斯盆地西部缓倾斜厚煤层开采矿井灾害防治和生态环境保护,实现西部煤炭的绿色安全开采.以红柳煤矿I020213工作面研究为背景,采用相似材料模拟、实地调查、裂缝原位示踪开挖和理论分析相结合的方法,分析缓倾斜厚煤层仰采覆岩及地表损伤特征,并依此构建地表裂缝活动类型的判据,探究地表裂缝形成及活动机理.结果表明:I020213工作面顶板覆岩以"悬臂-断裂-铰接-垮落回转-滑移-稳定"的重复性结构向前扩展演化,采空区上方覆岩破坏形态呈斜梯形的非对称偏移形态,下山采空区压实度是上山采空区的1.2倍,采空压实区边界整体呈类似抛物线的椭抛面.覆岩离层裂隙宽度具有"增大-减小"的动态变化特征,竖向裂隙宽度则表现出"增大-稳定"和"增大-减小-稳定"2种动态特征;导水裂隙带发育高度呈"快增-缓增-稳定"的递进式动态发育特征,稳定后发育高度达145 m.采空区上方地表损伤形式以地表隆起为主,隆起高度达2.7～36.0 cm,平均为10.14 cm;工作面边界上方主要发育拉张裂缝和台阶裂缝,裂缝宽度为1.5～18.0cm,落差最大约17.0cm.根据裂缝宽度-深度变化特征,地表裂缝剖面形态可分为"类楔型"、"类梭型"和"类树枝分叉型"3类,且具有偏斜特征,偏移量与裂缝发育深度呈二次多项式相关.宽度小于3.0 cm的裂缝垂向发育深度为1.70～3.10m,垂向深度差为46.0～190.0 cm/m,平均垂向深度差为132 cm/m,裂缝发育深度与宽度符合线性函数关系.采空区上方地表隆起滞后回采位置发育,滞后距离为24.7～71.3 m,隆起高度均呈现"增加-稳定"的动态变化过程,活动时间为11～13 d;边界裂缝在拉张作用下呈现"持续增大-稳定"和"开裂-稳定"2种变化特征,活动时间为2～12d.地表裂缝发育类型及活动特征与表土层性质和裂缝间距密切相关.一般情况下裂缝间距越大,越易形成无闭合活动的台阶裂缝,反之则容易形成有闭合活动的拉张裂缝.
关键词：缓倾斜煤层覆岩破断地表裂缝演化特征形成机理
分类号：TD325(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(42177174)陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2024JC-YBQN-0361)陕西省博士后科研资助项目(2023BSHEDZZ297)
论文发表日期：2025-03-31
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：15( 1443-1457 )
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