非均厚多层砂岩复合顶板结构特征及采动效应研究

摘要

煤层上覆坚硬厚层顶板是造成工作面回采期间顶板管理难度增大及诱发冲击地压的重要因素。由于沉积环境及沉积相的改变,常导致矿井主采煤层顶板发育多层非均厚砂岩层,给工作面安全高效回采带来一定风险。为了准确掌握工作面顶板覆岩结构及砂岩层展布规律,揭示非均厚多层砂岩复合顶板条件下工作面回采围岩采动效应特征,以淮南矿区张集煤矿11139工作面为例,采用井下工作面顶板钻探,对工作面顶板50 m范围内砂岩层厚度、岩性变化及展布规律进行了系统探查,利用Rhino软件建立了符合实际地质条件的非均质模型,并导入FLAC3D软件开展了工作面采动效应研究。研究结果表明:工作面顶板探查范围内分布有3层砂岩,砂岩直覆于主采煤层之上,岩性由下至上为中细砂岩、细砂岩及粉砂岩,顶板沉积结构在垂向上表现为正粒序结构,其中直接顶砂岩展布形态近似“透镜”状,顶板结构为典型的非均厚多层砂体。非均厚砂岩顶板模型与均厚模型相比,非均厚模型煤壁最大支承应力较均厚模型增大35.92%,揭示出由于砂岩厚度变化而导致应力集中程度显著提升。同时,采场围岩应力分布也由均厚模型中的近似对称转变为非对称。此外,非均厚工作面回采后顶板“两带”发育最大高度及顶板下沉量较均厚模型增大。上述研究结果为类似条件下顶板采动效应研究及坚硬顶板治理提供了一定参考。

关键词

非均厚砂岩 / 地质模型 / FLAC3D数值模拟 / 采动效应

参考文献

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基金资助

矿井水害综合防治煤炭行业工程研究中心开放基金课题“基于老空区压实特性的闭坑矿井矿界防隔水煤(岩)柱失稳机理研究”(2022-CIERC-05)

国家自然科学基金面上项目“淮南闭坑矿区地下水水质演化机理及预测研究”(42272281)