煤炭科学技术

作者：冯国瑞, 郭伟, 李竹, 戚庭野, 崔家庆, 崔业凯, 张志城, 蔡文浩,

关键词：关键充填位置, 塑性铰, “工字型”结构充填, 充填体应力调配, 分区沉降特征,

充填开采是控制岩层移动并降低地表沉降与环境损害的重要途径，而充填材料来源不足和充填成本高昂现成为制约井工煤矿充填开采推广应用的主要瓶颈。探寻重点区域的低充填率靶向充填新方法与配套技术是充填开采的研究热点之一。为解决上述问题，结合煤矿井下结构充填的学术思想，深入研究了顶板岩层断裂特征，明确了顶板岩层破断块体尺寸及铰接形态，识别了破断铰接块体主沉降区域，判定出结构充填的关键位置。结合关键位置确定方法，提出重点控制基本顶最大挠度位置，即板结构潜在张拉断裂位置(塑性铰发育位置)的“工字型”结构充填新方法。结合新阳矿岩层地质参数，借助FLAC3D数值模拟软件，深入分析了工作面采宽和推进方向上顶板岩层内应力、竖直沉降、塑性区分布规律，揭示了不同方案下充填体稳定性演变特征。结果表明：“工字型”充填在节省充填用量的基础上，较垮落式开采减少初采期直接顶沉降量33.47%，与全部充填仅相差2.3%。同时，关键位置充填体能有效应对顶板回转下沉引起的应力集中，保持自身稳定性，实现对顶板的长效支撑。综合分析得到了新阳矿首采工作面初采期“工字型”结构充填最佳充填方案为中部条带长度72 m，宽度7 m，两侧条带长度18 m，宽度6 m，较全部充填可减少充填材料成本33.86万元。该方案形成的密闭空间为1 980 m3，占总采出空间的44%，可用来储能或碳封存，助力实现零碳绿色开采，推动双碳目标的实现。

来源：2024年第4期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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