2024-07-08
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| 厚硬岩层结构调控低损开采方法及机理研究 |
作者：张玉军，肖杰，李嘉伟，李友伟 单位：煤炭科学研究总院 开采研究分院；中煤科工开采研究院有限公司； 天地科技股份有限公司 开采设计事业部；煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室 |
摘 要
为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法, 采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明, 随采随垮的直接顶岩层和周期性破断的厚硬基本顶分别呈现小块度破坏杂乱堆积和大块度破断整齐堆积; 受采动结构特征影响, 直接顶岩层采动破坏产生的体积膨胀显著大于厚硬基本顶。根据模拟得到的采动岩层破坏堆积特征构建了厚硬基本顶条件下采动覆岩下沉计算模型。根据采动作用下随采随垮直接顶岩层采动破坏膨胀量显著大于周期性破断厚硬基本顶的规律, 提出对厚硬基本顶进行采前大规模水力压裂并借助采动超前支承压力进一步破坏厚硬基本顶, 降低厚硬基本顶采动破坏块度, 使其随采随垮、杂乱堆积并充分充填采空区以控制上覆岩层下沉破坏, 实现低损开采。采用数值模拟验证了压裂弱化厚硬岩层调控其采动结构, 增大采动破坏岩层体积膨胀量, 降低上覆岩层下沉的有效性。提出的厚硬岩层结构调控低损开采方法可为煤矿绿色高效开采提供一定的参考。部分图片
图2 采动岩层破坏结构及岩层下沉模型
图3 厚硬岩层压裂弱化控制采动覆岩下沉破坏示意
（a）未压裂 （b）压裂后
图4 厚硬基本顶压裂弱化前后破坏岩体堆积特征
图5 采动岩层下沉量理论计算结果与相似模拟结果对比
图6 厚硬基本顶压裂弱化前后覆岩下沉量数值模拟与理论计算曲线
| 第一作者简介 |
张玉军（1978-），男，河北怀安人，研究员，博士生导师，中国煤炭科工集团首席科学家，孙越崎青年科技奖获得者，现任中煤科工开采研究院有限公司安全与生态环境研究分院副院长。主要从事矿井水安全防控与水资源保护理论与技术、特殊采煤与岩层控制技术等研究工作。兼任中国煤炭学会煤矿开采损害技术鉴定委员会委员、中国煤炭学会环境保护专委会委员、中国煤炭学会矿山测量专委会委员、中国岩石力学与工程学会矿山采动损害与生态修复专委会委员、山西省煤炭学会千人智库高级专家、吉林省应急管理厅专家、《绿色矿山》编委、《煤炭科学技术》《中国安全科学学报》《矿业安全与环保》青年编委会委员。主持和参与国家自然基金面上项目3项、主持和参与国家科技重大专项、973计划等项目20余项，煤炭企业合作项目100余项。创新提出了“控水开采”绿色开采理念，成功实践了在地表大型水体（海域、水库、河流）、基岩含水层、采空区积水以及不同类型复合水体下的综放控水安全开采。20项主要科学成果获省部级科技进步奖，其中一等奖2项，二等奖7项，三等奖11项。授权国内发明专利11项。在采矿与岩层控制工程学报、煤炭学报、岩石力学与工程学报、煤炭科学技术等国内外期刊发表科技论文70余篇，其中SCI/EI收录23篇，主编和参与出版专著3部，授权发明专利10余项。
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| 通讯作者简介 |
肖杰(1998—), 男, 重庆石柱人, 硕士研究生，主要从事矿井水安全防控与水资源保护理论与技术等方面的研究工作。 |
责任编辑：宫在芹
