(1) 构建采区尺度数值模型,分析局部矿井刚度(LMS)随采掘作业演化规律,指出随采掘作业局部矿井刚度(LMS)呈下降趋势,且降幅受其与作业面间距离及采出空间尺寸的影响;
(2) 从局部矿井刚度(LMS)角度揭示煤柱冲击机理,并利用现场实测数据进行验证;基于局部矿井刚度理论分析,采用大直径钻孔破坏煤体,降低其峰后刚度,防冲效果显著。
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基于局部矿井刚度理论的煤柱冲击机理及防治
高富强1,2,3,卢志国1,2,彭相愿1,2,娄金福1,2,3,曹舒雯1,2 ,王晓卿1,2,陆闯1,杨磊1,2
中煤科工开采研究院有限公司
煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室
煤炭科学研究总院 开采研究分院
冲击地压频发严重威胁煤炭资源安全高效回收,冲击地压机理研究是预测预警和灾害防治的基础。针对某矿井应力环境稳定且未受到动载影响的条件下发生的冲击事件,引入局部矿井刚度(LMS) 概念,并以该矿井冲击事件高发区域为工程背景,综合运用数值分析和现场实测等方法,分析复杂采掘布置条件下大空间尺度采掘作业过程中煤柱力学响应规律,并考察该过程中局部矿井刚度演化。指出采掘作业导致局部矿井刚度降低,煤层及其顶底板系统中能量快速积累,超过煤柱破坏所需能量,在失稳瞬间迅速释放造成煤柱冲击破坏,并对比分析随工作面推进局部矿井刚度演化与现场地音及微震实测数据。基于煤柱冲击破坏机理,结合该矿生产实际,采用大直径钻孔弱化煤体,降低冲击危险性,并以实测微震数据验证防冲效果。研究表明:①煤柱变形、载荷及弹性能量积累随采掘作业整体呈增长趋势,但LMS 呈降低趋势,采出空间尺寸及其与研究区域间距离是主要影响因素,LMS 对工作面回采响应程度显著大于巷道掘进,工作面回采对LMS 降低显著影响范围是巷道掘进的3.67 倍,单位推进距离下LMS 降幅是巷道掘进的6.41 倍。②随工作面推进LMS 演化与现场地音及微震数据的良好对应关系,表明煤层回采导致LMS 降低直接影响煤柱破坏方式,煤层及其顶底板系统中能量随LMS 降低而快速积累,在煤柱承载能力降低时迅速释放,致使煤柱发生冲击破坏。③采用大直径钻孔弱化煤体后,微震能量及频次均显著降低,表明大直径钻孔破坏该区域煤体,降低煤柱峰后刚度,冲击危险性降低。
高富强
研究员
高富强,博士、研究员,中国煤炭科工集团首席科学家,国家杰出青年基金获得者,现任煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室常务副主任、矿山顶板灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室常务副主任,兼任国际岩石力学学会地壳应力与地震专业委员会委员、中国岩石力学与工程学会采矿岩石力学分会副理事长、采矿与岩层控制工程学报副主编。
矿山岩体力学及巷道围岩控制
长期致力于矿山岩体力学及巷道围岩控制方面的科研工作,主持和参与国家科技项目20余项,发表论文80余篇,SCI严格他引2000余次。连续入选“全球前2%顶尖科学家终身影响力榜单”。获国家技术发明二等奖1项,岩石力学与工程学会自然科学一等奖1项、省部级科技进步一等奖4项、二等奖4项。
引用格式
高富强,卢志国,彭相愿,等. 基于局部矿井刚度理论的煤柱冲击机理及防治[J]. 煤炭科学技术,2024,52(9):125−136.
GAO Fuqiang,LU Zhiguo,PENG Xiangyuan,et al. Coal pillar burst mechanism and prevention based on local mine stiffness (LMS) criterion[J]. Coal Science and Technology,2024,52(9):125−136.