浅埋煤层过沟开采：覆岩破坏与裂隙演化关键揭秘

本研究论文深入探讨了浅埋煤层在过沟开采过程中覆岩破坏特征及裂隙演化规律，这在矿井涌水控制中起着关键作用。针对榆神矿区张家峁煤矿14213工作面的过沟段，研究者采用了相似材料物理模拟和数值模拟方法，以揭示在地表沟谷区域，由于剥蚀作用导致煤层埋深减小，上覆岩层在开采过程中所经历的扰动破坏过程。 首先，研究发现，在煤层开采过程中，顶板覆岩会出现层间离层以及垂直于煤层的切穿裂隙。随着开采推进，当煤层顶板悬露面积达到极限时，大约在60米深度，原有的层间离层会在垮落中消失，而新的离层则继续向上扩展。在这个过程中，离层空间与垂直裂隙交替发展，直至105米处，垂直裂隙延伸到地表，导致离层结构完全破坏，岩层发生整体下沉。 裂缝的动态发育规律表现各异：斜坡裂缝的宽度随着开采活动逐渐扩大，然后趋于稳定；而坡脚裂缝的宽度起初增加，随后可能因受到坡脚压应力而缩小甚至关闭；沟底裂缝的宽度则呈现先增后减的趋势，主要受压应力和岩块压实影响。这些规律的演变与地形和地表应力状态密切相关，如斜坡裂缝受拉应力影响会增大，而坡脚和沟底裂缝的大小变化则反映了不同部位的应力条件。 这项研究的重要性在于，它为浅埋煤层过沟开采中的沟道裂缝治理和水害防治提供了宝贵的理论依据。通过对浅埋煤层覆岩破坏和裂隙演化的深入理解，可以采取更有效的工程措施来预防和控制地表裂隙的发展，从而保障矿井安全，减少涌水风险。该研究为煤炭行业的安全生产提供了科学的指导，对于优化开采技术、提升资源利用效率具有重要意义。