多煤层时空协调开采模式与岩层控制机理

针对黄河流域中下游矿井多煤层的赋存特点,基于资源与生态、人居环境绿色发展的理念,提出了基于煤柱法向错距变化和煤柱空间形态变化的多煤层时空协调开采模式。以山东某矿的地质采矿条件为研究背景,通过数值模拟计算和岩体力学结构分析,研究多煤层时空协调开采地表移动规律和岩层控制机理。主要结论如下:随煤柱错距系数和开采层数的增加,地表下沉加大,当错距系数大于0.75时,地表下沉和水平移动受煤柱错距变化影响较小,各布局模式中,“正梯形煤柱”布局总采出率减小,柱充联合体的稳定性和垮落区的隔离效果增加,对地表移动的控制效果较好;多煤层时空协调开采地表下沉率与煤柱错距系数及煤柱宽度均呈乘幂函数关系,并建立了本区基于采深、煤柱法向错距和煤柱宽度的多煤层时空协调开采地表下沉率的拟合经验公式;揭示了多煤层时空协调开采岩层控制机理。通过多组开采单元协同作用,形成柱充联合体的有效承载结构以减小主关键层的移动空间,保证主关键层不破断,控制地表沉降;多煤层时空协调开采地表下沉率介于0.20~0.32之间,水平移动系数约为0.09,总采出率可达70%左右,相比多煤层条带开采,采出率提升约30%~40%。多煤层时空协调开采模式,既保证了资源采出率,又能有效地控制岩层和地表移动,为黄河流域多煤层矿区滞压煤炭资源的绿色开采提供了一项经济可靠、资源损失率小的技术选择。