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裕兴煤矿生态园下压覆大量煤炭资源,为保证地表生态园区内建构筑物安全稳定在损坏等级Ⅰ,本文综合运用理论分析、室内试验、数值模拟、现场监测等方法对比研究短壁充填开采、短壁充填置换开采方式下的覆岩及地表移动变形规律。 以裕兴煤矿31601工作面为工程实例,基于obert条带煤柱稳定性计算要求,通过梁理论分析计得到支巷采宽5m,结合尖点突变理论及覆岩-煤柱-充填体协作支撑体系承载机理分析,得到诱发煤柱及充填协作支撑体系失稳的力学判据。 对比短壁充填开采、短壁充填置换开采得到不同开采方式下覆岩移动变形参数,同时通过煤柱及覆岩应力监测对煤柱-覆岩、煤柱-覆岩-充填体、充填体-覆岩三种空间力学结构进行对比分析,得到“树杈型”贯穿性裂隙演化特征。通过充填体取芯监测得到充填体一系列力学参数。在短壁充填置换开采中形成的覆岩-充填体-煤柱支撑协作体系中煤柱应力达12MPa,充填体受力2MPa情况下保证了覆岩整体结构稳定。得到短壁充填开采条件下地表最大下沉值约为300mm,倾斜值为0.71mm/m、最大曲率值0.02mm/m2、最大水平变形值0.63mm/m。短壁充填置换开采地表最大下沉值为1050mm,地表最大倾斜变形值为2.9mm/m、水平变形为2.3mm/m、曲率值为0.07mm/m2。通过理论计算及实验确定了裕兴煤矿短壁充填开采的回采方案,资源回采率达到75%,且有效控制地表移动变形情况,保护了地表生态园区建构筑物损坏程度小于损坏等级Ⅰ。 对31601工作面地表移动进行观测,得到短壁充填开采累计地表变形245mm,地表移动变形受采动影响较小,倾斜值、曲率、地表水平移动变形均满足地表控制的损坏等级Ⅰ。