煤田地质与勘探

作者：刘浪, 罗屹骁, 朱梦博, 何军, 屈慧升, 段怀军, 蔚保宁, 刘智振,

关键词：充填开采, 数值模拟, 欠接顶区, 覆岩稳定性,

目的和方法煤炭作为我国主体能源，其开采引发的地面塌陷、固废堆积等生态问题日益突出，连采连充技术通过煤基固废充填实现资源高效回收与生态保护，但充填体欠接顶问题严重威胁巷道回采的覆岩稳定性。针对当前研究中欠接顶区多因素耦合影响机制不清，以榆林某风积沙似膏体充填矿井为工程背景，采用3DEC离散元软件构建三维数值模型，设置8组工况对比分析欠接顶区大小、顶板条件及支护状态对覆岩位移、应力分布及地表变形的影响，并基于弹性地基梁理论建立力学模型，计算欠接顶区影响下的条带回采覆岩位移。结果和结论(1) 随着欠接顶区范围的扩大(体积占比≥10%时)，覆岩位移和地表下沉量显著增加，特别是双侧大范围欠接顶区对覆岩稳定性的影响尤为突出。(2) 顶板裂隙发育会进一步加剧覆岩的不稳定性，导致覆岩位移和应力集中现象更加显著，其中双侧20 m欠接顶裂隙发育区回采结束后，最大覆岩位移和峰值应力相较不存在裂隙发育区的对照组分别高出40.3%和44.5%，严重威胁安全开采。(3) 尽管支护失效也会增加覆岩位移和应力集中，但其影响程度相对较小，对于双侧20 m欠接顶区支护失效的工况，回采结束后最大覆岩位移和峰值应力相较支护完好的工况分别高出2.1%和5.6%。实际充填作业可通过优化接顶工艺以减小欠接顶区范围，同时应加强开采过程对裂隙发育区的管控以减小裂隙发育对覆岩稳定性的影响，而良好的支护条件能有效减小欠接顶区覆岩位移和应力集中。

来源：2025年第10期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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