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

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。

平原煤粮主产复合区煤矿开采和耕地保护协同发展研究现状及对策

耕地是粮食安全的基础,煤炭是能源安全的保障。我国煤炭和耕地资源分布重合的煤粮复合区面积约占耕地总面积的42.7%,煤炭开采与耕地保护之间的矛盾十分突出。如何实现煤矿开采与耕地保护协同发展是我国煤粮复合区亟待解决的瓶颈难题。从平原煤粮复合区采动耕地损毁机理、采动耕地破坏程度评价、开采沉陷控制技术等3个方面分析了煤矿开采和耕地保护协同发展的研究现状与存在问题。在此基础上结合耕地保护面积大、变形耐忍度高等特点,提出了一种面向煤矿开采和耕地保护协同发展的源头控制与修复治理有机结合的绿色开采区域性岩层及地表变形控制技术途径,建立了相应的地表变形预测及控制设计方法,并指出了平原煤粮复合区煤矿开采和耕地保护协同发展的重点研究方向:平原煤粮复合区耕地采损驱动机制、采煤沉陷耕地防护阈值体系、面向耕地保护的煤矿绿色开采区域沉陷协调控制理论与方法,以期推动煤粮主产复合区煤矿绿色开采与耕地保护协同发展。