“斜台阶切落体”结构特性及对覆岩采动裂缝的影响研究

针对我国西部矿区浅埋厚煤层下采煤易出现矿压剧烈、地表沉陷破坏严重等现象，以西部某矿22021工作面为研究背景，提出了浅埋厚煤层下的“斜台阶切落体”结构力学模型，得到了结构失稳的条件方程和求解支护力大小的公式，通过PFC数值模拟和工程应用进行了验证，并分析了该结构对覆岩采动裂缝发育规律的影响。结果表明：影响“斜台阶切落体”结构稳定性的主要因素为岩块块度和回转角，该结构的稳定性会直接影响覆岩采动裂缝的发育情况。煤层开采过程中，覆岩采动裂缝发育表现为斜角度延伸及周期性横向扩展特征，“斜台阶切落体”结构失稳前，裂缝发育阶段处于缓慢增长期，结构失稳后会导致覆岩采动裂缝数量出现断崖式增长，发育阶段进入急剧增长期，结构稳定性直接影响了覆岩采动裂缝的发育情况，从而影响地表沉陷的破坏情况。覆岩采动裂缝数量先后经历了1个缓慢增长期和4个急剧增长期的动态发育过程。在缓慢增长期，裂缝数量表现为随工作面推进距离增长的指数变化关系；在急剧增长期，裂缝数量表现为随工作面推进距离增长的线性变化关系。研究结果可为采动损害防护及地表生态修复提供依据。     

地表移动影响范围与地质采矿条件关系数值模拟

随着采空区增大，地质灾害不断增多，有必要对采动影响范围进行研究。10 mm下沉边界是确定影响范围的重要指标，且FLAC3D适合求解非线性大形变问题，因此可以将其用于探究地表移动影响范围(L)与地质采矿条件的关系。实验以某矿区A工作面和另一矿区B工作面为背景，通过建立数值模型，运用控制变量法探究了L与岩层厚度、松散层厚度、工作面开采尺寸、覆岩岩性的关系，给出了L的计算公式并对变化规律进行了理论与力学分析。结果表明：L与岩层厚度、松散层厚度呈正相关关系，L与采长呈负相关关系，L在关键层变软弱后显示出了轻微增长。研究为煤炭的合理开采及矿区地表建构筑物保护提供科学依据。