科学准确地预测采动应力场的空间分布对矿井动力灾害的预警与防治意义重大，但现有预测方法对覆岩关键层的赋存和破断运动特征研究不足，并不适用于覆岩存在典型厚硬关键层和多层关键层的开采条件。将弯曲下沉带和实体煤侧裂隙带关键层分别简化为多层叠合无限长和半无限长弹性地基板，采空区侧裂隙带破断关键层简化为多层叠合“砌体梁”,建立了基于采动覆岩关键层“板-梁”结构的应力场预测模型，提出了不同层位关键层下采动应力和采场支承压力的平面分布预测方法，验证了亭南煤矿和海孜煤矿采动应力实测结果与矿压显现规律。揭示了采空区尺寸和关键层厚度对应力场的影响规律，阐明了注浆充填控制厚硬关键层下高采动应力集中的力学机制及控制效果。研究发现，海孜煤矿Ⅱ1024工作面120 m厚的火成岩关键层仅将其35.1%的载荷传递至采空区中心，导致高采动支承压力集中的情况。注浆充填技术可将该比例提高至93.9%,使应力集中系数由1.90降至1.17,影响范围由309 m降至138 m,保障了工作面的安全开采。

国家自然科学基金项目(52104190,52174173)；中国博士后科学基金项目(2022T150194,2020M682291)；河南省重点研发与推广专项项目(科技攻关)(222102320012)；

1 基于采动覆岩关键层“板-梁”结构的应力场预测力学模型
1.1 力学模型的构建
1.2 覆岩关键层的采动应力分布方程
1.3 模型边界条件
2 采场支承压力分布预测方程
3 采动应力场预测模型的验证
3.1 亭南煤矿采动应力场的预测及验证
3.1.1 亭南煤矿地质开采条件
3.1.2 二盘区采动应力场的预测与验证
3.2 海孜煤矿采动应力场的预测及验证
3.2.1 海孜煤矿的地质开采条件
3.2.2 Ⅱ102采区采动应力场的预测与验证
4 现场应用与讨论
4.1 Ⅱ102采区采动应力随采空区尺寸变化规律
4.2 火成岩关键层对采动应力分布的影响规律
4.3 注浆充填防治火成岩关键层下采动应力集中
5 结 论

[1]韩红凯,史灿,许家林,等.基于采动覆岩关键层“板-梁”结构的应力场预测模型研究[J].采矿与安全工程学报,2024,41(06):1190-1201.