浅埋煤层过沟开采覆岩裂隙与地表裂缝演化规律数值模拟

作者

魏江波王双明宋世杰孙强
单位

西安科技大学地质与环境学院陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院
摘要

浅埋煤层过沟开采在陕北矿区普遍存在，严重威胁着矿井安全生产和生态健康发展。覆岩采动裂隙及地表裂缝的发育是岩体微裂隙的延伸和扩展的结果，为更加系统地研究浅埋煤层过沟开采覆岩微裂隙的演化规律，以陕北安山井田125203工作面为背景，根据现场沟道剖面及钻孔资料，采用Particle Flow Code (PFC)数值模拟平台构建颗粒流数值采煤模型，模拟分析覆岩微裂隙的发育特征、数量变化规律和力链演化特征，揭示微裂隙的发育规律和地表裂缝发育机理。结果表明：浅埋煤层过沟开采过程中，覆岩微裂隙发育表现为“产生–延伸和扩展–聚合成群–贯通成缝”的动态演化过程；根据微裂隙的基本发育特征及分布规律，可将发育全程划分为非连续跳跃式、连续贯通式和横向扩展式3个微裂隙发育阶段；覆岩微裂隙数量随工作面推进距离的增大而增多，非连续跳跃式和连续贯通式发育阶段呈现指数增长特征，分别累计发育微裂隙547和2 867条，覆岩微裂隙逐渐发育至地表；横向扩展式发育阶段呈线性增长特征，累计发育微裂隙11 705条，微裂隙数量随岩层高度的增大而减小；覆岩力链演化过程中，强黏性力链的破坏致使微裂隙发育，局部产生应力集中，强黏性力链拱自下而上逐渐破坏并贯通至地表，导致微裂隙延伸发育至地表形成地裂缝，力链在未贯通岩层的微裂隙两侧和尖端及地表裂缝两侧形成强力链区，微裂隙处形成弱(无)力链区。该研究成果可为陕北矿区浅埋煤层过沟开采覆岩及地表损害防控提供理论指导。
关键词

浅埋煤层过沟开采裂隙演化地裂缝颗粒流强力链
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金项目(41402308)；榆林市科技计划重大项目(6130819001)；陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室重点基金项目(DZBZ2022Z-03)；
引用格式

魏江波,王双明,宋世杰,孙强.浅埋煤层过沟开采覆岩裂隙与地表裂缝演化规律数值模拟[J].煤田地质与勘探,2022,50(10):67-75.
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