深部孤岛工作面冲击危险评价及防治技术研究

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煤矿生产过程中,随着开采深度的增加与开采活动的影响,采区内不可避免会留下孤岛工作面,从而增加了工作面发生冲击地压的可能性,因此对深部孤岛工作面冲击危险评价及防治技术研究显得非常重要。本文结合阳城煤矿1304工作面,采用理论分析、数值模拟及现场实例探讨相结合的研究方法,对深部孤岛工作面的应力分布规律、冲击危险评价模型以及卸压解危措施进行研究,取得的主要成果如下:  (1)基于薄板理论建立了“U”型采场力学模型,得到孤岛工作面“U”型采场顶板断裂极限拉应力值和最大弯矩值以及基本顶初次来压步距与初次来压时释放的弹性能,为顶板破断提供判据,防止基本顶初次来压时顶板突然断裂释放大量的弹性能,进而诱发冲击地压。  (2)基于数值模拟对“U”型覆岩空间下孤岛工作面超前支承压力和弹性应变能密度的分布规律进行研究。模拟表明,随着推进步距的增大,支承压力、弹性应变能密度值与推移步距呈正相关,即推移步距越大,支承压力、弹性应变能密度以及应力集中系数都相应的增大;同时支承压力、弹性应变能密度与煤层厚度、埋藏深度仍然呈正相关,即煤层厚度越大,埋深越深,相应的支承压力、弹性应变能密度值越大。  (3)基于FLAC3D内置的数据输出和后处理功能,导出工作面煤岩层各单元体的应力值以及弹性应变能密度值。求出不同推进步距下的峰值应力集中系数和应变能密度峰值,并分别对不同推进步距下的峰值应力集中系数、应变能密度峰值与工作面开挖步距间的关系进行拟合,得出拟合关系式。通过分析不同煤柱宽度时,煤柱的冲击危险性大小,最终得出安全的区段护巷煤柱宽度为5m。  (4)基于数量化理论进行冲击危险性评价,建立孤岛工作面冲击危险评价模型,将阳城煤矿1304孤岛工作面实际工况代入计算,得到冲击危险程度为强冲击危险。  (5)基于对阳城煤矿1304孤岛工作面卸压解危技术研究,利用FLAC3D数值模拟软件对工作面实施钻孔卸压。模拟表明,在施工条件允许的情况下,卸压孔孔径越大,间距越小,卸压效果越好。在阳城煤矿1304孤岛工作面钻孔卸压取得了良好效果。
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