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摘要
煤炭开采活动导致的煤层顶板覆岩地质条件变化及采动裂隙发育是损害地下关键含水层的直接原因，也是造成矿区生态环境退化的根源。煤层顶板覆岩结构中发育的厚砂岩作为一种典型的地质条件，其对覆岩采动裂隙的发育规律具有重要的影响。为此，在分析研究区主采煤层赋存地质条件及其分布规律的基础上，选择陕北煤炭开采区曹家滩煤矿主采2-2煤层顶板覆岩为地质原型，采用FLAC3D数值模拟平台模拟分析了厚砂岩不同厚度和位置对覆岩采动裂隙发育形态和发育高度的影响，并以此提出了相应的“采煤保水”建议。结果表明：研究区2-2煤层顶板覆岩中厚砂岩平均厚度25 m，距2-2煤层平均间距76 m；厚砂岩距煤层30 m时，覆岩采动裂隙表现为“矩形—L形—马鞍形”的动态变化特征，距煤层70 m时表现为“L形—倒梯形—马鞍形”变化特征，距煤层大于95 m时全程表现为“马鞍形”特征；覆岩采动裂隙最大发育高度随厚砂岩层位的升高而先减小后增大；厚砂岩厚度H≥30 m、距煤层间距L>95 m，或H≥60 m、L>60 m时，可有效阻挡采动裂隙向上发育贯穿厚砂岩；在充分考虑厚砂岩对覆岩采动裂隙发育规律的影响，选择合适的空间位置和开采阶段进行合理的覆岩减损和保水防治，实现“边采边治、边采边护”的绿色开采模式。该研究成果可为黄河流域中游陕北煤矿区煤炭开采与生态环境保护协调发展提供理论指导。
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