浅埋近距离煤层开采覆岩结构演化规律的Schwarz交替法研究

本文主要探讨了在西部地区，由于浅埋近距离煤层开采所引发的覆岩结构演化问题。该研究区域的煤炭资源具有煤层埋藏浅、上覆基岩薄且覆盖有含水砂层的特点，这使得开采活动对地表稳定性构成威胁，可能引发涌水溃砂等灾害。为了有效预防这些灾害，作者利用弹性力学和复变函数理论构建了一个“无限平面双矩形孔口”理论力学模型，这个模型是针对近距离煤层开采过程中覆岩扰动情况的设计。 文章的核心研究成果分为两点： 1. 通过弹性力学与Schwarz交替法，作者推导出了煤层重复开采对覆岩应力场的影响理论公式。研究发现，覆岩内的水平应力σx呈现出独特的“X”型分布，顶底板岩层处于拉应力状态，而左右两侧则呈椭圆形应力分布。具体到中间岩层厚度为20米的情况，工作面上方的岩层表现出较大的拉应力，达到0.82兆帕，这导致覆岩的破坏区域扩大，与上煤层开采相比，下煤层开采引发的覆岩破坏范围显著增加，达到了58米，远超上层开采时的32米裂缝带高度。 2. 对于灵露煤矿的II2-1和II3煤层开采的模拟结果进一步证实了这一点。当进行下煤层开采时，不仅整个中间岩层受到影响，而且裂缝带发育高度相较于上煤层开采显著增长，达到61米。这意味着下煤层采动对上覆岩层的影响更为严重，覆岩结构的演化规律在深度层面表现出明显的变化。 这项研究对于理解和预测浅埋近距离煤层开采对覆岩结构的长期影响具有重要意义，也为矿井开采过程中的灾害防控提供了科学依据。通过理论解析和实际模拟，研究人员可以更准确地评估开采活动对地表的潜在风险，从而制定出更加合理的开采策略，保障矿产资源的高效安全开发。