采矿与安全工程学报 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (1): 70-83.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0396

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沟谷区浅埋煤层开采覆岩裂缝发育规律研究

武兆鹏1,2,梁运培1,2,万志军3,高杰4,李其罡1,2,刘思辰1,2,尹华龙4,马云4   

  1. 1. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室,重庆400044;2. 重庆大学资源与安全学院,重庆400044;
    3. 中国矿业大学矿业工程学院,深部煤炭资源开采教育部重点实验室,江苏徐州221116;
    4. 陕西煤业化工集团孙家岔龙华矿业有限公司,陕西榆林719314
  • 出版日期:2026-01-15 发布日期:2026-01-10
  • 通讯作者: 梁运培,E-mail: liangyunpei@126.com,Tel: 13594608029
  • 作者简介:武兆鹏(1997— ),男,陕西省神木市人,博士研究生,从事矿山压力与岩层控制等方面的研究。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2022YFC3004704);国家自然科学基金面上项目(52174166)

Study on the law of overlying strata fracture development in shallow buried coal seam mining in gully terrain

  • Online:2026-01-15 Published:2026-01-10

摘要: 针对沟谷地形浅埋煤层开采中覆岩裂缝发育不稳定、突水溃沙灾害区域难以判定的技术难题,以龙华煤矿20202工作面为研究对象,采用无人机航测获取研究区地形特征,建立物理相似模型,与PFC2D数值模型进行对比分析。通过网格统计法系统研究了平缓与沟谷地形条件下覆岩裂缝的频数、产状及开度分布特征,结合数值模拟得到孔隙率演化、裂缝总数及地裂缝发育时序等参数,阐明了沟谷区覆岩裂缝动态扩展规律,确定了突水溃沙高风险区域。研究成果揭示了沟谷地形浅埋煤层开采覆岩裂缝发育机制,其结论与现场实测数据具有良好的一致性。研究结果表明:平缓地形覆岩以离层裂缝为主导,而沟谷地形促使覆岩裂缝显著发育,其中沟谷下坡段与沟底区域地表裂缝最为密集;沟谷坡段空间位置显著影响覆岩裂缝发育,沟谷地形下复合基本顶永久性裂缝数量最多,主关键层裂缝发育受地形影响最为显著,数值模型裂缝总数呈现典型的“三段两区”分布特征;沟谷地形覆岩强裂缝带呈非均匀分布,沟谷下坡段与沟底下方区域形成主关键层裂缝密集区。该研究成果为同类条件下工作面突水溃沙灾害易发区的判定提供了科学依据。

关键词: 沟谷地形, 浅埋煤层, 物理模拟, 颗粒流, 覆岩裂缝, 突水溃沙

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