浅埋近距煤层开采三场演化规律及煤柱群结构控制效应

摘要

为探索浅埋近距煤层开采煤柱减压与地表减损控制方法,以陕西省神南矿区柠条塔煤矿北翼东区1^(-2)与2^(-2)煤层开采为背景,采用物理模拟与理论分析相结合的方法,分析了浅埋近距煤层开采的应力场、位移场和裂隙场(三场)演化规律,建立了下煤柱集中应力、地表下沉、覆岩裂隙和地表裂缝发育与不同煤柱群结构的关系,提出了煤柱群结构的分类,揭示了煤柱群结构效应。研究表明,随上下煤柱错距增大,下煤柱最大垂直应力呈“大→小→大”变化,避开上煤柱集中应力传递区和上工作面采空区中部增压区,可实现下煤柱减压;不同错距煤柱结构形成的地表沉降分为沉降落差极值段、沉降落差减小段和沉降落差稳定段,在沉降落差稳定段地表裂缝最小。揭示了不同错距煤柱群结构对区段煤柱侧覆岩裂隙与地表裂缝的控制效应,确定了煤柱减压与地表减损的合理煤柱错距范围。基于三场演化规律,提出了煤柱群结构分类:叠置煤柱群结构、错置煤柱群结构、减压区分离煤柱群结构和压实区分离煤柱群结构;确定了“减压区分离煤柱群结构”可实现集中应力、地表不均匀沉降、覆岩裂隙和地表裂缝耦合控制,是最佳煤柱群结构。建立了基于煤柱集中应力控制的减压模型和基于覆岩位移与裂缝控制的减损模型,提出了煤柱减压与地表减损耦合控制方法,研究结果可为浅埋近距煤层安全减损开采提供依据。