厚硬岩层预裂对沉陷边界的调控机制及应用研究
蔡金池1
阎跃观1
梁希峰2
戴华阳1
马国平2
王锦龙1
尹宝杰2
陈俊1
1.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京 1000832.开滦(集团)有限责任公司,河北 唐山 063018
摘要：煤炭开采引发的地表沉陷威胁矿区人居环境和基础设施安全,合理调控沉陷范围,可缓解受护对象安全与滞压资源回收之间的矛盾,对矿井合理规划和可持续发展具有重要现实意义.针对煤柱侧采动应力损伤在煤层-覆岩-地表中传导路径不明确,厚硬岩层预裂对地表沉陷边界调控机制不清晰的问题,基于理论研究和力学分析,明确了应力损伤在厚硬岩层中的传播效应,分析了应力损伤在覆岩中的传导路径,构建了地表沉陷边界的力学传导模型.在此基础上,揭示了基于厚硬岩层预裂的地表沉陷边界的调控机制,进而提出了沉陷边界优化方法,并进行效果验证.研究结果表明:厚硬岩层破断后形成的悬梁会承受额外荷载,使应力损伤向原岩深处偏移,对厚硬岩层特定位置预裂可改善煤岩体上方荷载和应力集中,减小地表沉陷范围.其中,偏移量与额外荷载呈正相关关系,预裂卸压能力与沉陷范围呈负相关关系;结合工程实例,确定了不同层位厚硬岩层预裂下的保护煤柱宽度:仅预裂高位厚硬岩层时为185.5 m,仅预裂低位厚硬岩层为176.1 m,高、低位厚硬岩层均预裂为 148.3 m,相较于未预裂方案,分别可多解放 6.0%、10.8%、24.9%的围护带外侧滞压煤柱资源.现场低位坚硬岩层预裂后,实测地表沉陷范围减小了 20 m,验证了模型与方法的准确性.研究结果可作为传统保护煤柱留设理论体系的有益补充,对矿区损伤防治及产能接续具有一定参考价值.
关键词：沉陷边界损伤传递岩层预裂调控机制应用研究
分类号：TD327(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52394191)
论文发表日期：2025-12-31
在线出版日期：2026-01-16（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 55-66 )
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