浅埋薄基岩工作面水砂溃涌通道机理解析与模拟研究

本文主要探讨了浅埋薄基岩工作面在神东矿区特有的地质条件下，水砂溃涌通道形成的机理和控制因素。神东矿区的特点是首层煤炭资源浅埋，煤层厚且开采强度大，这导致了与厚松散含水层共存的复杂地质环境，经常引发溃水溃砂事故。研究者针对这一问题，采取了现场实测、理论分析以及相似模拟的方法，深入剖析了工作面切顶压架作用下，基岩裂隙如何导通工作面与含水层，从而引发灾害。 核心研究内容包括建立覆岩组合承载结构模型，这个模型基于“主控层-软弱层”的组合形式，旨在理解浅埋薄基岩工作面在覆岩破断过程中的行为。研究者通过模型分析，验证了这种组合结构模型在神东矿区的实际应用价值和合理性，能够有效预测和评估覆岩结构的稳定性，提供了滑落失稳的判据，并探讨了冲击荷载的形成条件和最大冲击荷载的计算方法。 实验部分则通过基载比为0.625、0.75、0.875和1.125的相似模拟实验，揭示了不同基载比对覆岩结构破坏的影响。实验结果显示，随着基载比的增大，初次来压前的直接顶均会发生初次破断，但随着基载比超过特定范围，直接顶的破断步距和冒落厚度呈现出不同的变化趋势：初期可能有所增加，然后趋于稳定或减小；而周期来压步距则呈现整体增大的趋势，与初次来压相比，周期来压时冒落岩层的厚度显著减少。 在覆岩结构形态方面，研究发现基载比对岩层断裂和运动方式有直接影响。当基载比小于0.625时，岩层可能发生贯穿地表的切落；随着基载比提升到0.75以上，中上位岩层的断裂岩块尺寸不同，可能导致稳定简支结构的形成，覆岩表现出下位岩块的下落、中上位的简支梁结构。当基载比继续增大，中位岩层可能形成单回转岩块结构，而上位岩层则会形成简支梁结构，整体上，覆岩的运动表现出协同性的承载特性。 本文的研究成果为理解和预防浅埋薄基岩工作面的水砂溃涌提供了重要的理论依据和技术指导，有助于提升煤矿开采过程中的安全性和效率。