华北型煤田下组煤开采的围岩破坏与防突水策略

本文主要探讨了华北型煤田下组煤开采中的围岩破坏规律，针对预防因围岩破坏导致的煤层底板奥灰突水问题。研究者利用FLAC3D数值模拟软件构建了一个下组煤开采试验工作面的数值模型，这是一种高级的三维岩体力学模拟工具，能够精确预测矿井开采过程中的应力分布和岩体稳定性。 在试验过程中，研究人员应用了光纤光栅传感器技术进行实时监测，这是一种高精度的位移监测手段，可以捕捉工作面回采时的微小变化，以便于及时发现可能的应力集中和潜在的破坏区域。通过对数值模拟结果与监测数据的对比分析，得出了关于工作面煤层顶底板应力状态的关键信息。具体来说，研究发现初次来压步距在35～40米之间，周期性来压步距为10～20米，这反映了开采过程中的应力活动周期。 在工作面的底板应力分布中，识别出三个主要区域：应力增高区，这里由于开采压力增大而承受较大应力；应力降低区，可能是由于开采活动导致的局部应力缓解；以及应力恢复区，即开采后应力逐渐恢复的过程。值得注意的是，煤层顶板的破坏形态呈现出沿走向和倾向方向的“马鞍形”特征，这种复杂形态可能导致不稳定性和地表塌陷的风险。 在煤层底板破坏深度方面，工作面范围内的破坏深度在10.0～12.5米，而在开切眼和终采线位置附近的破坏深度更严重，甚至达到22.5米。这表明这两个区域是突水风险的主要来源，尤其是在终采线附近，由于临近开采边界，围岩支撑能力减弱，对煤层底板的保护作用大大降低。 总结来说，这项研究为华北型煤田下组煤开采中的安全策略提供了重要的科学依据，通过了解和掌握围岩破坏的规律，可以采取针对性的预防措施，如优化开采布局、改进支护技术等，以减少煤层底板奥灰突水事故的发生。同时，也展示了现代科技在煤矿安全领域的关键作用，如数值模拟和远程监测技术在保障煤矿开采安全上的应用前景。