巨厚关键层下冲击地压防控的小盘区大煤柱布局模式研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jonquil1981
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冲击地压是一种煤岩体突然破坏,释放大量能量的动力现象。目前,陕蒙地区深部矿井普遍面临着煤层顶板存在厚硬关键层的现状,由于受到厚硬顶板、煤层埋深等因素影响,煤岩体应力积聚严重,极易诱发冲击地压事故。因此,研究厚硬关键层下盘区尺度以及煤柱宽度的合理布设对冲击地压防控具有重要的理论意义与实用价值。论文通过理论分析,数值模拟以及现场工程实证研究等手段,研究了巨厚关键层下冲击地压防控的小盘区大煤柱合理布局模式。基于小盘区大煤柱区域岩层运移特征、覆岩“三带”发育高度、微震空间展布特征分析结果对主关键层稳定性与冲击地压风险进行了评估。同时,结合理论计算结果分析得出,二三盘区隔离煤柱由于承载应力较大,存在发生破坏失稳的风险以及巨厚砂岩主关键层整体仍处于挠曲变形的悬露状态,存在发生破断失稳的风险。通过UDEC数值模拟手段对不同盘区开采尺度以及煤柱宽度下覆岩破断发育规律分析得出:(1)随着盘区开采尺度的增加,各盘区煤层上覆岩层破断发育高度和横向破断范围逐渐增大,二三盘区覆岩裂隙分布整体呈“椭圆拱”形和“平顶拱”形,四盘区覆岩裂隙分布呈现采空区两侧高,中部低的“M”形。(2)随着盘区煤柱宽度的增加,盘区覆岩破碎以及裂隙分布高度和范围逐渐减小,覆岩裂隙分布主要呈“平顶拱”形和“椭圆拱”形。(3)综合分析出二三盘区隔离煤柱宽度的合理布设范围为大于225m,小于275m。通过FLAC3D数值模拟手段对不同盘区开采尺度下隔离煤柱区采动应力以及能量演化特征分析得出:(1)在当前开采布局模式下,二三盘区煤柱区应力和能量积聚严重,导致冲击危险性增强;三四盘区隔离煤柱区垂直应力明显降低,应力集中程度较小,煤柱相对安全稳定。(2)随着盘区隔离煤柱宽度的增加,盘区隔离煤柱区应力和弹性应变能逐渐减低,隔离煤柱弹性核区高应力集中和能量积聚范围逐渐减小。综合分析出在当前盘区开采尺度下,二三盘区隔离煤柱合理布设宽度范围为大于210m,小于270m。(3)随着三盘区采空区尺度的加大,应力及能量积聚区逐渐向隔离煤柱中部弹性核区演化,部分区域应力值已经大于煤体单轴抗压强度的三倍,存在破坏失稳的风险,同时,得出了不同隔离煤柱宽度条件下,小盘区的合理开采尺度范围。基于理论分析及数值模拟计算结果,针对盘区隔离煤柱区制定了大直径钻孔卸压、爆破卸压联合实施的分区、分类、分级“顶板-煤体-底板”冲击地压综合防治技术措施。现场实践表明,实施卸压措施后,盘区隔离煤柱区应力集中程度下降,采取的卸压措施有效的降低了煤岩体的载荷,卸压效果显著,可为国内外相似地质条件以及开采布局模式下盘区隔离煤柱冲击地压防治工作提供参考。论文共有图46幅,表10个,参考文献93篇。
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