高强度采动地裂缝形成与演化规律及减损方法

作     者：李晓斌 李全生 何富连 张村 韩鹏华 张勇 任赵鹏 张传玖 武洋 

作者机构：北京低碳清洁能源研究院煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室 国家能源投资集团有限责任公司 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院 国能神东煤炭集团有限责任公司神东煤炭技术研究院 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2023YFF1306000) 中国博士后面上基金(2023M733778) 神东矿区煤矿地下水库智能监测与安全防控研究及示范(GJNY-21-26) 

主　　题：现场监测 关键层 地裂缝 推进速度 减损方法 

摘      要：神东矿区高强度开采造成覆岩和地表损伤严重，威胁矿区生态安全。科学认识地裂缝演化规律和采动覆岩-地表损伤传导机理是井下安全减损开采、含水层自修复和地表生态环境治理的关键科学问题。综合采用现场实测、理论分析、数值模拟和物理模拟等手段，首先分析了工作面矿压规律、覆岩结构特征和地裂缝宽度变化规律。然后考虑周期来压大小和覆岩结构特征，详细阐明了地裂缝宽度的动态发育过程呈“M型双峰形态，深刻揭示了地裂缝产生机制。最后从工作面、覆岩和地表三个方面提出了采动损伤系统减损方法。研究表明，双关键层结构工作面存在大小周期来压，亚关键层破断影响小周期来压，主关键层失稳控制大周期来压，大周期来压步距为小周期来压步距的 2～4 倍，大周期来压载荷为小周期的1.07～1.13倍；中部动态裂缝呈“双峰分布，具有自修复现象，边界裂缝呈“单峰分布，对地表破坏性更严重；加快推进速度可减弱采动损伤程度和加快顶板下沉速度；从关键岩块回转下沉方面解释了中部动态地裂缝张开-闭合-张开-闭合演化过程；揭示了高强度开采导致压力拱结构失稳是地裂缝产生的根本原因；提出了推进速度优化、注浆成拱减损与地裂缝分区治理的系统减损方法。研究成果为煤炭规模化开采与生态环境保护相协调发展提供了理论与技术支撑。