煤炭科学技术

作者：蔡金池, 阎跃观, 梁希峰, 戴华阳, 马国平, 王锦龙, 尹宝杰, 陈俊,

关键词：沉陷边界, 损伤传递, 岩层预裂, 调控机制, 应用研究,

煤炭开采引发的地表沉陷威胁矿区人居环境和基础设施安全，合理调控沉陷范围，可缓解受护对象安全与滞压资源回收之间的矛盾，对矿井合理规划和可持续发展具有重要现实意义。针对煤柱侧采动应力损伤在煤层−覆岩−地表中传导路径不明确，厚硬岩层预裂对地表沉陷边界调控机制不清晰的问题，基于理论研究和力学分析，明确了应力损伤在厚硬岩层中的传播效应，分析了应力损伤在覆岩中的传导路径，构建了地表沉陷边界的力学传导模型。在此基础上，揭示了基于厚硬岩层预裂的地表沉陷边界的调控机制，进而提出了沉陷边界优化方法，并进行效果验证。研究结果表明：厚硬岩层破断后形成的悬梁会承受额外荷载，使应力损伤向原岩深处偏移，对厚硬岩层特定位置预裂可改善煤岩体上方荷载和应力集中，减小地表沉陷范围。其中，偏移量与额外荷载呈正相关关系，预裂卸压能力与沉陷范围呈负相关关系；结合工程实例，确定了不同层位厚硬岩层预裂下的保护煤柱宽度：仅预裂高位厚硬岩层时为185.5 m，仅预裂低位厚硬岩层为176.1 m，高、低位厚硬岩层均预裂为148.3 m，相较于未预裂方案，分别可多解放6.0%、10.8%、24.9%的围护带外侧滞压煤柱资源。现场低位坚硬岩层预裂后，实测地表沉陷范围减小了20 m，验证了模型与方法的准确性。研究结果可作为传统保护煤柱留设理论体系的有益补充，对矿区损伤防治及产能接续具有一定参考价值。

来源：2025年第12期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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