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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
近直立特厚煤层应力调控防冲方法及机制
  • 作者

    钟涛平李振雷陈建强宋大钊何学秋刘旭东周超冯攀飞

  • 单位

    北京科技大学土木与资源工程学院国家能源集团新疆能源有限责任公司

  • 摘要
    近直立特厚煤层的地质与开采条件与一般煤层差异较大,冲击地压防治形势严峻.本文综合采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,研究了近直立特厚煤层动静载力源分布特征,提出了应力调控防冲方法,揭示了其防冲机制,并进行了工程应用.结果表明:近直立特厚煤层主要受水平构造应力作用,水平应力通过工作面两侧的顶底板岩层传递至煤层中,并在巷道上下方形成静载集中区;近直立特厚煤层顶底板岩层难以发生破断,然而顶底板岩层破裂释放能量可形成强动载扰动;动载扰动作用于巷道上下方静载集中区并与集中静载叠加可诱发冲击地压.据此,提出了弱化工作面两侧顶底板岩层和下方煤体的应力调控防冲方法,其防冲机制为:弱化顶底板一方面可弱化岩体传递水平应力的能力进而降低巷道上下方的静载集中,另一方面可降低岩体静载集中进而减弱岩体破裂导致的动载强度;弱化煤体可进一步降低巷道下方静载集中并将静载集中区向深部转移.对近直立特厚煤层现场实施的防冲措施进行了优化设计并确定了关键参数,应用表明,工作面高能级微震事件减少了143~178起、微震事件总能量降幅达90%,未发生冲击显现,工作面冲击危险性显著降低,证实了方法的有效性.研究成果可为近直立特厚煤层冲击地压防治提供支撑.
  • 关键词

    近直立特厚煤层冲击地压应力调控应力传递应力集中防冲方法及机制

  • 基金项目(Foundation)
    国家自然科学基金资助项目(52374180);
  • 文章目录
    1 工程背景
    1.1 工作面概况
    1.2 地应力特征
    1.3 冲击地压显现特征
    2 近直立特厚煤层冲击力源分析
    2.1 围岩应力传递分析
    2.2 近直立顶板力学模型
    2.3 模型讨论
    3 近直立特厚煤层采动应力模拟分析
    3.1 数值模型及参数设置
    3.2 巷道掘进前采动应力特征
    3.3 巷道掘进后采动应力特征
    3.4 采动应力随采深的变化规律
    4 近直立特厚煤层防冲机制及方法
    4.1 近直立特厚煤层防冲机制
    4.1.1 冲击地压机制分析
    4.1.2 防冲机制分析
    4.1.3 与近水平、缓倾斜/倾斜煤层防冲机制差异性分析
    4.2 近直立特厚煤层防冲方法与效果分析
    4.2.1 防冲思路与方法
    4.2.2 弱化应力传递防冲效果分析
    4.2.3 转移应力集中区防冲效果分析
    4.2.4 煤-岩协同调控防冲效果分析
    5 近直立特厚煤层防冲实践
    5.1 原有防冲措施效果不佳的原因分析
    5.2 防冲措施优化方案
    5.3 优化措施防治成效
    5.3.1 岩体弱化效果
    5.3.2 微震监测对比分析
    5.3.3 防冲效果分析
    5.4 深部开采防冲对策
    6 结 论
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