论文部分内容阅读
深井厚表土顶板承压含水条件下厚煤层综放采场开采强度大、地质构造复杂、致冲因素多、监测预警难度大、防治困难,严重危害煤矿的安全生产。论文以巨野煤田大采深、厚表土、承压含水顶板厚煤层开采条件下数次冲击地压实例为背景,采用理论分析、力学计算、现场试验、数值模拟、工程类比等手段,研究了深井厚表土承压含水顶板厚煤层开采冲击地压机理,并提出了相应的防治方法,主要的创新性成果如下:(1)对深井承压含水顶板疏水后应力变化特征进行了研究,建立了厚表土富水采场“超前支承压力—疏水转移应力”叠加作用的力学计算模型,从理论上半定量分析了冲击区域应力集中程度,疏水后形成的疏水升压带是诱发冲击地压的重要力源;通过对煤样高温长时浸水实验,得到了煤体在高温长时浸水后冲击倾向性指标总体呈弱化,进而导致围岩承载能力下降、冲击危险性升高的结论。揭示了“高应力—强扰动—弱化岩体”复杂条件下的致灾机理。(2)揭示了工作面见方效应、应力击穿效应、水平应力转移等致灾因素相互耦合诱发冲击地压的力学机理。通过建立采场“见方”力学模型,揭示了“见方”来压致冲机理;分析得到了围岩体在应力击穿效应下的灾变过程,即厚表土对围岩体的静载荷在上覆岩层断裂回转后转变为动载荷,进而诱发围岩体冲击的力学过程;下位岩层冒落或断裂后解除的水平应力向上部厚硬岩层转移,诱使上部厚硬岩层在水平方向大量弹性应变能的作用下断裂运动,形成围岩体的动载冲击。(3)揭示了与厚表土采场宽煤柱区域巷道围岩在“两高一强一差”(侧向支承压力高、巷道两帮应力高、采场上覆岩层强扰动、巷道围岩整体稳定性差)复杂条件作用下致灾机理。(4)提出了深井厚表土采场在“高能煤体—采场动态加载—煤柱失稳二次加载”复合力源作用下的致灾机理。采场前方煤体在“见方效应”、“孤立煤体效应”、褶曲构造、相邻采场侧向支承压力和工作面超前支承压力共同作用下积聚大量弹性应变能,这是工作面前方诱发冲击地压的重要原因;提出宽煤柱上方“T”型应力传递结构的力学模型,估算了煤柱平均应力和宽煤柱整体冲击危险指数Ic;揭示了宽煤柱整体失稳引发高位岩层整体破断运动,进而诱发工作面前方煤岩体冲击的机理。(5)在得到深井厚表土承压含水顶板工作面致冲机理的基础上,得到防治该矿冲击地压的关键参数是宽煤柱尺寸,提出了通过改变宽煤柱尺寸、确定合理推采速度、两帮加强卸压、提高支护强度等防治冲击地压的方法和措施。本文的研究成果已应用于鲁西南矿区,在冲击地压的监测预警、冲击地压的综合防治、解危等方面,取得了良好效果。