【摘 要】
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论文以济宁二号煤矿33下02工作面为工程背景,紧紧围绕“厚硬顶板工作面实体、一侧及两侧临空区域冲击地压防治研究”这一主题,采用理论分析、数值模拟及工程实践等手段进行研究,首先对厚硬顶板煤岩结构进行模拟分析,研究煤岩层厚度及动载对组合试样破坏形式及能量演化特征的影响。之后对33下02工作面实体、一侧及两侧临空区域的应力演化规律及稳定性状态进行分析。最后将研究成果应用于工程实践,提出了33下02工作面
【基金项目】
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钻孔卸压作用下煤体裂隙扩展及强度弱化机理研究,国家自然科学基金项目,编号:52104102； 煤层变异区煤岩组合结构破坏失稳机理研究,中央高校基本科研业务费专项资金资助项目,号:2021QN1001；
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论文以济宁二号煤矿33下02工作面为工程背景,紧紧围绕“厚硬顶板工作面实体、一侧及两侧临空区域冲击地压防治研究”这一主题,采用理论分析、数值模拟及工程实践等手段进行研究,首先对厚硬顶板煤岩结构进行模拟分析,研究煤岩层厚度及动载对组合试样破坏形式及能量演化特征的影响。之后对33下02工作面实体、一侧及两侧临空区域的应力演化规律及稳定性状态进行分析。最后将研究成果应用于工程实践,提出了33下02工作面的冲击地压防控方法。基于理论分析得出,工作面顶板强度越大,厚度越厚,顶板的破断距越长,来压强度越大。老顶发生破断需要满足以下三个条件:力学结构条件、下部空间条件、破断力学条件。33下02工作面两侧临空期间表现为双峰型;在工作面回采期间,不易发生整体失稳,但可能发生局部失稳。采用离散元模拟软件,对厚硬顶板煤岩结构进行数值模拟,发现在煤岩组合试样破坏过程中,以拉伸破坏为主,剪切破坏为辅。随着顶板厚度占比的增加,加载过程中组合试样煤层中部慢慢出现弹性区,煤层破坏程度逐渐增加,对底板的影响也逐渐增加;同时,煤岩组合试样内部的累计能量和峰值强度呈增加趋势,破坏时的动力现象也更加明显。采用有限元数值模拟软件对工作面的回采过程进行模拟得出:实体煤阶段应力集中程度较低,主要需要加强工作面扩面期间的监测和卸压。一侧临空阶段,在一侧临空前后100 m左右应力便开始呈现缓慢增加趋势;其中一侧临空前后60 m左右应力增长较快,需要加强临空一侧的监测和卸压。工作面两侧临空阶段,与一侧临空类似,在两侧临空前后60 m范围内应力增加较快,整体应力较高。在工作面实际生产过程中,可从弱化煤岩强度、降低静载应力水平、减慢应力加载速度、控制围岩周边应力状态等几个方面入手,对厚硬顶板孤岛工作面不同临空区域进行防治研究。最终确定33下02工作面主要采用大直径钻孔、煤体卸压爆破、底煤松动爆破、顶板水力致裂以及顶板爆破等手段进行卸压解危。通过现场微震、应力在线及钻屑法数据分析,该冲击地压防治方案在现场取得了良好的效果。
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