【摘 要】
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东保卫煤矿主采煤层之一的36#煤层顶板属坚硬岩层。一采区-750左工作面为沿空采场,顶板坚硬且厚度大,上顺槽采空区侧存在悬顶结构;三采区-620左工作面为宽煤柱护巷采场,阶段煤柱宽度为20～25m,造成巷道周围煤层能量积聚;两种采场均存在较高的冲击危险性。本文以以上两个采场为研究对象,采用理论分析、数值模拟计算和现场试验相结合的研究方法,对两类坚硬顶板采场的冲击地压机理、冲击地压显现特征、工程弱结
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东保卫煤矿主采煤层之一的36#煤层顶板属坚硬岩层。一采区-750左工作面为沿空采场,顶板坚硬且厚度大,上顺槽采空区侧存在悬顶结构;三采区-620左工作面为宽煤柱护巷采场,阶段煤柱宽度为20～25m,造成巷道周围煤层能量积聚;两种采场均存在较高的冲击危险性。本文以以上两个采场为研究对象,采用理论分析、数值模拟计算和现场试验相结合的研究方法,对两类坚硬顶板采场的冲击地压机理、冲击地压显现特征、工程弱结构体防控冲击地压技术等进行了研究与工程应用。(1)针对工作面煤层赋存条件,在分析冲击地压影响因素基础上,建立了坚硬顶板无(小)煤柱悬顶采场、宽煤柱采场冲击地压发生的力学模型;无(小)煤柱悬顶采场沿空顺槽应力为峰值靠近巷帮具有强冲击危险的分布特征,其冲击地压发生机理为:开采扰动下侧向悬顶的断裂运动驱动煤体冲击,其工程成因是巷道帮部在高应力作用下的弹性能突然释放;宽煤柱采场的近空顺槽高应力为侧向高应力与上部采场采空区悬顶牵引应力叠加所致,其冲击地压发生机理为:宽煤柱高应力与悬顶结构附加高应力耦合作用下的弹性能突然释放。(2)采用RFPA数值模拟软件,进行了无(小)煤柱悬顶采场和大煤柱护巷采场条件下煤体变形破坏过程的研究;对比分析了不同悬顶条件、不同护巷煤柱宽度下煤层应力分布状态和能量演化规律。悬顶的存在使得沿空巷道近距离围岩(11m内)能量积聚,冲击地压能量在巷道工作面侧显现;实施工程弱结构体后,能量从巷道浅部煤体转移至深部约17～28m的煤体中,且冲击地压能量得到大幅度耗散。不同宽度煤柱采场模拟结果表明:15m以内小煤柱情况下,煤柱最终完全破坏,沿空顺槽基本不存在冲击危险;40m煤柱情况下,应力集中在宽煤柱上,沿空顺槽冲击危险性低;25m煤柱情况下,沿空顺槽围岩应力集中度高,冲击危险性高。(3)根据坚硬顶板冲击地压发生机理与显现特征,建立基于工程弱结构体的冲击地压防控力学模型,结合东保卫矿36煤层无(小)煤柱悬顶和宽煤柱护巷采场条件,提出并形成了包括悬顶探测与断顶,巷道卧底与扩帮,实施工程单元体、工程弱结构体及其耦合结构体的防冲技术体系。(4)针对36煤层无(小)煤柱悬顶采场-750左工作面的地质开采条件,设计了以顶板缺陷体、煤层海绵体、巷帮防护体及支护体等单元体组成的工程弱结构体防控技术与工艺参数;针对36煤层大煤柱护巷采场-620左工作面的地质开采条件,设计了以顶板缺陷体、煤层双侧海绵体、巷帮强支护体等单元体组成的工程弱结构体防控技术与工艺参数。上述技术体系在两个采场进行了应用,有效控制了冲击地压,保障了工作面安全开采。
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