煤矿开采覆岩拱壳结构演化及其控制研究进展
张村1
任赵鹏2
李全生3
郭俊廷3
1.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083;煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 1022092.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 1000833.煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 102209
摘要：煤层开采引起覆岩的移动、变形、破断及应力变化是造成工作面来压及地表生态损伤的主要原因.研究采动覆岩运动规律与损伤机理是解决井下安全生产、含水层保护、地表建(构)筑设施与生态保护的核心问题,是实现煤矿绿色安全开采的理论基础.为充分认识开采损伤的传导机制,以覆岩承载"拱壳"结构为核心,系统梳理了当前覆岩运动研究成果,针对覆岩组合与岩土体介质特性差异,将研究成果分为松散层拱和基岩拱.基岩拱又可以进一步分为断裂拱和应力拱.在此基础上,依据拱壳演化机制和研究手段论述了基岩拱壳研究进展与不足:理论模型能够给出拱迹线方程进而判断拱的承载特征;但存在边界应力条件简化、岩层均质性假设、拱迹线的假设和拱厚度的计算等问题;数值模拟可以很好的给出拱壳的位置、拱厚及其演化特征,但以有限元模拟的应力拱壳忽略了岩层破断的影响,而以离散元模拟的应力或者裂断拱壳则依赖于块体的划分;相似模拟目前只能定性观测裂断拱的发育特征,难以确定应力拱范围.现有基于覆岩拱壳的应用聚焦于通过拱壳演化模型进行矿压和地表沉陷的预测与防治,对主动调控覆岩拱壳的手段相对较少的问题,基于此,归纳了 3种覆岩拱壳调控手段:源头预设拱壳手段、过程调控拱壳手段、末端稳控拱壳手段.最后综合现有成果,进一步提出了基于能量守恒定律的采动损伤拱壳理论计算模型及其模拟方法,为采场覆岩空间结构稳定性演化特征及地表沉陷治理提供了理论支撑与研究手段.
关键词：煤矿开采覆岩结构松散层拱应力拱覆岩损伤拱拱壳控制
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFC3012101)国家自然科学基金(52474161)国家自然科学基金(52104155)
论文发表日期：2024-12-30
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：11( 357-367 )
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