深部条带开采冲击地压诱发机制及防治技术研究

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随着煤炭开采逐渐向深部转移,条带煤柱冲击失稳发生的频次及灾害程度显著增加,严重制约了煤矿安全高效生产。为此,本文采用理论分析、数值模拟与现场试验相结合的综合研究方法,研究了“煤柱-顶板”力学系统尖点突变机制和动载巷道围岩冲击失稳机制及冲击危险防治技术,取得的主要成果如下:  (1)基于尖点突变理论,对“条带煤柱-顶板”系统进行了稳定性分析,得出了“条带煤柱-顶板”力学系统的势函数,获得了系统发生冲击失稳的必要条件,并对系统发生冲击失稳时能量释放量进行了算例分析,结果表明:随着条带开采采出率的增加,“条带煤柱-顶板”系统煤柱压缩量及冲击失稳能量释放量也随之增加。  (2)通过对动载巷道围岩稳定性进行分析,建立了动静载作用下巷道冲击地压启动力学模型,推导出了巷道围岩冲击地压发生的能量判据,并且对动载扰动作用下巷道围岩弹性能演化规律进行了算例分析,结果表明:动载强度值越大,衰减系数越小,则巷道围岩积聚的弹性能越大,从而促使巷道围岩裂隙发育扩展并相互贯通,裂隙越发育,巷道围岩刚度下降极易诱发巷道冲击失稳。  (3)基于FLAC数值模拟软件,研究揭示了深部条带开采不同煤层埋深、煤层厚度及煤层倾角的煤层过程中,条带煤柱应力、变形及弹性应变能演化规律和分布特征。通过对比分析采深、煤厚及倾角变化时,条带煤柱应力、变形及弹性应变能变化规律可知,煤层埋深变化对条带煤柱的稳定性影响程度最大,煤层倾角变化次之,煤层厚度变化对条带煤柱的稳定性影响程度最小。  (4)运用FLAC数值软件,模拟分析了煤层埋藏深度、煤层厚度、钻孔间距及钻孔直径变化对煤层钻孔卸压效果的影响。结果表明:当卸压钻孔直径及钻孔长度一定时,煤层埋深越大及煤层厚度越厚,煤层钻孔卸压效果越显著;当煤层埋深及厚度一定时,钻孔间距越小及钻孔直径越大,钻孔卸压效果越显著。  (5)基于上述研究,提出了深部条带开采诱发冲击危险的“区域、局部及定点”多参数联合预警与解危方法。
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