煤炭科学技术

作者：李昂, 杨钧皓, 王峰, 马政和, 赵磊, 黄刚, 吕光辉,

关键词：多层结构底板, 塑性滑移线场, 底板水害, 数值模拟, 奥陶系灰岩,

澄合矿区在高强度开采条件下矿井进入薄隔水层、带压系数高、构造复杂的深部采区，深部采区接续上一采空区布置工作面势必会加大底板破坏深度，破坏裂隙一旦导通含水层K2灰岩含水层与奥陶系灰岩水直接构成补给通道，将影响工作面的安全开采。为此，首先基于岩层地质结构特征，构建了4层结构底板塑性破坏力学模型，并进行了4种工况下的理论分析；然后模拟分析了工作面在重复采动影响下底板岩体位移场、应力场分布规律及塑性区发育特征；最后使用钻孔应变监测和压水试验方法在董家河煤矿23502工作面和23503采空区进行了底板破坏深度现场测试。结果表明：运用4层结构底板塑性滑移线场理论，按主动极限区深度划分23502工作面属于第3种工况，计算出最大破坏深度为18.32 m，23503工作面属于第2种工况，计算出最大破坏深度为15.83 m；数值模拟显示了在双面开采影响下底板的破坏深度显著增加，尤其是在临近煤柱区域下方，破坏深度最大可达18.5 m，高于单工作面15.8 m的破坏深度。面间煤柱受多重采动应力场影响，内部的弹性核区由单面开采的23 m减少到约14 m，煤柱两侧下方支承压力峰值始终处于高位，峰值系数最大高于单面开采的1.35倍。压水实测数据显示23503采空区底板最大破坏深度为15.85 m；钻孔应变监测数据显示23502工作面底板最大破坏深度为18.3 m。理论计算与数值模拟及现场实测结果较相一致，研究结果可为澄合矿区及其他相似矿区承压水体上开采煤层提供一定的指导意见。

来源：2025年第9期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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