面向耕地保护的充填体-煤柱协同承载及地表沉陷控制研究

• Published in: 中国矿业 Vol. 33; no. 11; pp. 69 - 76
• Main Authors: 孟浩, 郭广礼, 李怀展, 查剑锋, 陈延康, 张浩宇
• Format: Magazine Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学环境与测绘学院,江苏 徐州 221116%中国矿业大学环境与测绘学院,江苏 徐州 221116 01.11.2024; 中国矿业大学江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心,江苏 徐州 221116
• Subjects: 充实率; 开采参数优化; collaborative bearing system; filling rate; farmland protection; regional subsidence control; 耕地保护; 协同承载体; mining parameter optimization; 区域性沉陷控制
• ISSN: 1004-4051
• DOI: 10.12075/j.issn.1004-4051.20241152

TD325; 耕地是粮食安全的基石,而煤炭则是能源供应的保障.然而,采煤引起的耕地损毁问题在我国高潜水位平原煤粮复合区尤为显著.为了应对这一问题,提出基于充填体-煤柱协同承载体的区域性沉陷控制方法,以实现采煤效益与耕地保护之间的平衡.以河南省某矿区为例,基于面向耕地保护的区域性沉陷控制方法,首先,分析了充填体-煤柱协同承载体的形成过程及其设计原则;随后,使用PFC软件模拟了不同充实率对充填体-煤柱协同承载体稳定性的影响,并基于FLAC3D软件模拟确定了满足耕地保护指标的最优工作面开采参数.研究结果显示:充填体会对煤柱产生侧向支撑,有利于提高煤柱稳定性,形成共同支撑覆岩的协同承载体.当充实率达到 85%时,充填区裂纹约占总数的 73.42%,此时充填体在协同承载体中发挥主要承载作用,系统处于稳定状态.进一步分析表明,采空区位于应力释放区,而协同承载体位于应力集中区,其应力集中系数呈现出随采宽增大而上升的趋势.在综合考虑充填成本和耕地保护指标后,确定了该矿区最佳的区域性沉陷控制开采参数为采宽 160 m、充填宽 100 m.该参数设置既能够节约充填成本,又能有效控制地表下沉量,达到耕地保护的标准.该研究成果可为煤粮复合区的绿色开采提供理论依据和工程参考.