煤炭科学技术

作者：汪北方, 吕元昊, 张晶,

关键词：浅埋复合采空区, 裂隙分区, 分形几何理论, “砌体梁”结构, 裂隙治理,

神东矿区浅埋近距离煤层开采覆岩裂隙发育，漏风条件复杂，遗煤自燃隐患突出，严重制约矿井安全、高效生产。为此，采用相似试验和数值模拟划定浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区，运用分形几何理论量化分区裂隙，基于“关键层理论”分析裂隙分区诱因并针对性提出治理技术方案。结果表明：31114工作面开采覆岩裂隙循环张开、闭合，地表滞后工作面周期性产生倾向动态裂缝。浅埋复合采空区覆岩裂隙呈“M”状分布，划为垮落带不规则裂隙区Ⅰ，裂隙带斜向破断裂隙区Ⅱ、Ⅲ和斜向离层裂隙区Ⅳ，地表边界内侧形成边缘裂缝。其中，裂隙区Ⅰ空隙发育、分布复杂，裂隙网络分形维数最大为1.569，裂隙区Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分形维数依次为1.531、1.396和1.438。建立浅埋复合采空区覆岩关键岩块“砌体梁”结构力学模型及失稳判据，阐释覆岩基本顶关键层“砌体梁”结构回转变形失稳导致裂隙区Ⅱ和Ⅲ斜向破断裂隙张开，基本顶关键层和层间关键层“砌体梁”结构组合承载作用致使裂隙区Ⅳ斜向离层裂隙发育。提出浅埋复合采空区覆岩斜向裂隙和地表裂缝井上、下协同治理技术，增加工作面进、出上覆采空区和末采阶段推进速度至14 m/d，辅以裂隙区Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ及边界地表回填风积沙、覆盖黄土。SF6示踪技术测试表明浅埋复合采空区地表漏风量小，覆岩采动裂隙治理效果良好，为遗煤自然发火防治提供重要理论参考依据。

来源：2025年第2期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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