冲击载荷下深埋特厚煤层顺槽围岩变形规律与支护技术研究

发布时间：2020-06-15 10:11

【摘要】：开展冲击载荷作用下深埋特厚煤层综放工作面顺槽围岩变形规律及其支护技术研究,对保证冲击地压下顺槽安全施工和工作面安全开采具有重要价值。本文以胡家河煤矿4煤综放工作面顺槽为研究对象,采用理论分析、室内试验、FLAC3D数值模拟及现场实践分析相结合的方法开展研究工作,主要内容与结论如下:(1)胡家河4煤综放工作面顺槽围岩冲击地压诱发因素主要包括:煤岩物理力学特性、高地应力、断层及褶皱、矿山压力显现等动载扰动及支护方式。高应力下动载扰动是其诱发主导因素,坚硬顶板及特厚煤层是其储能条件,底板为冲击地压能量较易释放部位。(2)采用室内(单)三轴动静载试验辅以声发射检测手段,研究煤岩变形破坏机理。结果表明:静载下煤岩呈单向剪切破坏,随着围压升高其峰值强度与应变显著提高。煤岩动载后强度劣化明显且由剪切破坏转变为横向拉伸破坏,一定振幅下其峰值强度与频率呈非线性负相关。煤岩存在静载临界荷载,未达到临界值时煤岩在长时间动载作用下裂隙发育逐渐稳定,超过临界值后在动载下会发生迅速破坏。煤岩声发射事件主要发生在其动载初期及峰值破坏阶段,动载后凯泽效应明显。声发射点主要集中在煤岩剪切及拉伸破坏面附近并由中心向四周扩展,可较好反映其破坏演化趋势。(3)基于FLAC3D有限差分法建立深埋特厚煤层综放工作面顺槽开挖支护过程分析模型,研究其高应力及动载下顺槽变形机理。结果表明:动载下顺槽呈明显不对称变形,随着动载强度增加变形量急剧增长。动载下顺槽变形划分为变形振动期、变形恢复期、变形稳定期三个时期。(4)根据得出的冲击载荷下深埋特厚煤层综放工作面顺槽围岩变形规律,提出综放面顺槽采用“强支强卸”的支护理念,完成了深埋特厚煤层顺槽支护设计。现场实践表明:顺槽围岩经动载扰动后变形加大但未发生过大失稳破坏,支护措施能有效预防动载后围岩发生瞬间失稳而急剧破坏的现象,支护方案合理有效。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD823.254;TD324;TD353
【图文】：

分布图,综放工作面,顺槽,震源

图 2.1 401105 综放工作面顺槽震源分布图（注：图中红色震源能量级>106J, 黄色震源能量级>105J, 蓝色震源能量级<105J）如图 2.1 所示：利用微震系统在工作面施工过程中不断进行能量收集，可知在切近震动能量较少，远离切眼靠近大巷处震动发生较频繁，且在断层及褶皱处发生少源能量集聚的现象。可知 401105 综放工作面附近的构造断层及褶皱附近冲击地压聚集程度较低，为可靠地质构造；而随着采空区面积增加，顶板垮落及来压引发的载对上覆坚硬顶板中不断储存弹性能，使得其能量累积不断增加，在远离切眼处围容易成为震源中心，更易发生震动破坏进而形成冲击地压。其周边地质构造震源能集较少但同样有能量集中现象，判定为潜在动力因素。由监测数据可知动载后围岩平均增长强度为 5～10MPa 左右。（2）对 401105 综放工作面进行矿压数据收集得到其工作面不同位置矿压大小分图 2.2 所示（图中红色为严重危险区，蓝色为一般危险区）：

分布图,矿压,综放工作面,顺槽

图 2.1 401105 综放工作面顺槽震源分布图（注：图中红色震源能量级>106J, 黄色震源能量级>105J, 蓝色震源能量级<105J）如图 2.1 所示：利用微震系统在工作面施工过程中不断进行能量收集，可知在切眼附近震动能量较少，远离切眼靠近大巷处震动发生较频繁，且在断层及褶皱处发生少量震源能量集聚的现象。可知 401105 综放工作面附近的构造断层及褶皱附近冲击地压能量聚集程度较低，为可靠地质构造；而随着采空区面积增加，顶板垮落及来压引发的动荷载对上覆坚硬顶板中不断储存弹性能，使得其能量累积不断增加，在远离切眼处围岩更容易成为震源中心，更易发生震动破坏进而形成冲击地压。其周边地质构造震源能量聚集较少但同样有能量集中现象，判定为潜在动力因素。由监测数据可知动载后围岩应力平均增长强度为 5～10MPa 左右。（2）对 401105 综放工作面进行矿压数据收集得到其工作面不同位置矿压大小分布如图 2.2 所示（图中红色为严重危险区，蓝色为一般危险区）：

【参考文献】