深井条带充填开采冲击地压发生机制与防治研究
陈 洋1,2
(1. 北京科技大学 土木与资源工程学院,北京 100083;2. 山东能源集团有限公司 冲击地压防治研究中心,山东 济南 250014)
Rockburst occurrence and control in deep longwall coal panels with backfill skipping mining
CHEN Yang1,2
(1. School of Civil and Resource Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China;2. Research Center for Rock Burst Control, Shandong Energy Group Co.,Ltd.,Ji?nan,Shandong 250014,China)
摘要 博士学位论文摘要:冲击地压矿井条带工作面的安全开采一直是冲击地压领域的研究热点和难点,充填开采是防治条带工作面冲击地压的有效手段。以鲁西南矿区深井条带充填开采工作面为背景,采用理论分析、相似材料模拟、数值模拟、工程类比、现场实测等手段,针对定量分析充填开采防冲有效性、深井条带充填开采工作面冲击危险评价方法和防治技术等方面进行研究和探索,并在运河煤矿进行工程应用。主要成果如下:
(1) 探索基于“等价采高”描述充填开采效应进而分析覆岩结构演化规律的方法,得到充填工作面覆岩结构运动具有明显的时空滞后性和边界效应的结论。以分析煤体力源特征为主线,研究“充实率–覆岩结构运动–支承压力演变”三者之间动态转化的力学关系,建立深井条带充填开采工作面支承压力估算模型,并在C5301工作面进行可靠性验证。
(2) 设计基于等价采高原理的条带充填开采工作面相似模拟试验模型。当等价采高小于0.8 m时,采空区顶板只发生弯曲下沉,对工作面煤体施加的动应力最小;当等价采高为0.8~2.6 m时,工作面的冲击危险性与等价采高呈明显的正相关性;当等价采高大于2.6 m后,覆岩结构发生大范围调整,条带充填工作面的冲击危险达到最大。
(3) 提出减冲临界充实率的概念。充实率决定覆岩运动对煤体的加载效应,当达到减冲临界充实率时,充填有效抑制覆岩运动并实现煤体总应力小于冲击临界应力,充填降低甚至消除了冲击危险;当小于减冲临界充实率时,煤体总应力大于冲击临界应力,表明条带充填工作面仍具有冲击危险。
(4) 建立煤体应力比、条带煤柱应力比和弹性能量指数对冲击危险性的隶属度函数,形成冲击危险等级划分的指标,提出深井条带充填开采工作面局部、整体冲击危险评价方法。
(5) 提出以条带煤柱可采性研究、区段煤柱合理宽度留设和控制充实率为核心的深井条带充填工作面的防冲技术体系,并在C8301条带充填工作面进行验证。实践表明,提出的防冲技术体系可行、有效,能够保障深井条带充填开采工作面的防冲安全。
上述研究成果已经在鲁西南矿区逐步推广应用,取得了良好经济效益和社会效益。
关键词 :
采矿工程 ,
冲击地压 ,
条带工作面 ,
覆岩结构 ,
载荷三带模型 ,
充实率
[1]
康永水1,2,耿 志1,2,刘 滨1,张 瑞3,李 翔3,李寅玉1. 煤矿深部巷道软弱围岩密集钻孔卸压技术与应用 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(S1): 3187-3194.
[2]
李 臣1,2,马念杰2,辛德林1,张文龙2,3. 基于蝶形理论的常规锚杆索支护围岩控制效用研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(S1): 3195-3203.
[3]
于 骞,刘江伟,陈绍杰,李亚康. 蚀变型金矿石水力压裂裂缝起裂扩展规律实验研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(S1): 3321-3332.
[4]
张玉军1,2,3,4,肖 杰1,李友伟1,宋业杰2,3. 坚硬主控覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度机制研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(S1): 3363-3373.
[5]
梁运培1,2,3,李其罡2,3,黄旭超1,3,4,武兆鹏2,3,陈 亮1,3,4. 基于颗粒流的倾斜厚煤层坚硬顶板运动失稳规律及水力弱化参数研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(S1): 3428-3438.
[6]
左建平1,2,吴根水2,3. 深部底板水锤突水效应及递进–导升力学模型研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(8): 1852-1869.
[7]
高 魁1,2,刘泽功1,马衍坤1,2,乔国栋1,李 亮1,纪海龙1,王有为1. 三维加载密封装置研制及煤厚变异区突出模拟试验分析 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(7): 1593-1606.
[8]
孙文超1,王兆会1,李 强2,王 伟1,曹 鹏2,徐 虎3. 深部坚硬顶板工作面冲击地压多元协同防控技术 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(7): 1736-1750.
[9]
林海飞1,2,李博涛1,李树刚1,2,宋兆雪3,王 裴1,罗荣卫1,魏宗勇1,2,秦 雷1,2. 液氮致裂层理煤体热–流–固–损伤耦合模型及数值模拟研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(5): 1110-1123.
[10]
崔 峰1,2,3,何仕凤1,2,来兴平1,2,刘旭东4,蒋新军4,孙秉成4,贾 冲1,2,宗 程1,2,李宜霏1,2. 基于LSSVR与灰色理论的急倾斜巨厚煤层群开采冒落高度与时滞特征研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(4): 822-837.
[11]
李利萍1,胡学锦1,潘一山2,孙媛涛1. 煤岩界面粗糙度对超低摩擦效应影响研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(4): 851-861.
[12]
韩鹏华1,2,赵毅鑫1,2,高 森1,2,高艺瑞1,2,张 村1,2,胡 勇3. 长期水浸作用下煤样渐进破坏特征及损伤本构模型 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(4): 918-933.
[13]
刘家顺1,2,朱开新1,左建平2,王来贵3,生彦涛1,孙铠洋1. 巷道开挖应力旋转路径下弱胶结软岩剪应力–应变及非共轴特性研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(4): 934-950.
[14]
孙朝燚,陈从新,夏开宗,张 伟. 金属矿山复杂采空区围岩破坏及岩层移动机制研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(3): 670-682.
[15]
张 翔1,朱斯陶1,2,张修峰2,姜福兴1,刘金海3,陈 洋2,万 晓4,杨 涛3,朱 淳5,李佳洁1. 深厚表土综放采场断层煤柱整体失稳型冲击地压机制研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(3): 713-727.