近直立特厚煤层分段开采覆岩垮落规律研究

李海潮; 刘昆轮; 解树亮; 王刚

doi:10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.002

山东科技大学学报（自然科学版） ›› 2024, Vol. 43 ›› Issue (05) : 13 -24. DOI: 10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.002

近直立特厚煤层分段开采覆岩垮落规律研究

李海潮, 刘昆轮, 解树亮, 王刚

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摘要

近直立特厚煤层由于其特殊开采方式，导致采空区的覆岩垮落与裂隙发育规律较水平煤层不同。利用相似材料模拟试验研究了近直立煤层采空区覆岩垮落规律，然后利用PFC^3D软件模拟了不同水平分段开采稳定后的地表沉降和裂隙发育情况，分析了空隙率演化规律，并进一步探究了地表沉降规律。相似材料模拟试验发现，随着分段开采的进行，上覆岩层逐渐垮落，首先形成“U”形区域，最终形成“V”形的垮落结构；随着开采的进行，采空区两端所留的少量空间逐渐消失，采空区裂隙与地表连通，形成采空区漏风通道；采空区的空隙率稳定在0.30～0.65,顶、底板侧裂隙的空隙率逐渐增加，最终稳定在0.30左右；垮落后地表沉降范围宽度由92.93 m缓慢增加至100.16 m,深度由27.85 m大幅增加，最终稳定在101.63 m。研究结果可为近直立煤层的开采设计及安全生产提供参考。