砚北矿特厚煤层冲击矿压规律及防治研究

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砚北煤矿的煤层属于特厚煤层,而且处于褶皱构造区。褶皱区特厚煤层在开采过程中,受水平构造应力影响显著,使得厚煤层积聚大量弹性能,加之煤的临界冲击强度较小,更容易在动静载组合作用下发生失稳诱发巷道冲击。本文采用理论分析、数值模拟以及现场应用实践相结合的综合分析研究方法,主要针对砚北煤矿褶皱区特厚煤层巷道冲击的作用机理、巷道冲击的显现规律、巷道冲击控制措施思路以及现场实践应用进行系统研究。基于动静载叠加诱发冲击的理论,总结出特厚煤层巷道冲击破坏的必要条件是动静载叠加后的水平应力大于临界水平应力。动载的影响在巷道围岩破坏过程中主要起两种作用,一是诱发作用;二是主导作用。巷道的破坏是在静载荷和动载荷共同作用下产生的,巷道破坏程度随动载能量的增大而增加,在具有冲击倾向性煤层中掘进的巷道,围岩破坏就有可能会演化成冲击矿压事故。采用FLAC2D数值软件分别模拟研究了静载作用、动载扰动下巷道围岩的应力、位移、水平变形速度、塑性区分布等参量的演化规律,数值模拟分析了特厚煤层巷道冲击的影响因素。通过对比模拟不同底板属性、不同原岩水平应力以及不同能量动载对于巷道冲击的影响。矿震监测表明,应力集中区内煤岩体发生破裂释放能量,与矿震震源的分布位置形成了很好的对应。运用微震监测数据、声发射监测数据以及电磁辐射监测数据分析覆岩关键层的破断规律,覆岩关键层破断期间,发生大能量矿震,声发射和电磁辐射监测数据达到最大值。结合现场实测数据制定砚北矿250204工作面开采期间冲击矿压监测预警体系,主要采用震动波CT、在线应力监测及钻屑监测形成动、静组合的监测体系,从而达到有效监测效果。结合监测预警结果制定相应的防控方案,采用顶板深孔爆破、底板大直径钻孔卸压、煤体大直径深孔卸压爆破等解危措施,能够有效的降低危险区域的冲击危险性。在防治措施实施后,强矿震活动降低,工作面附近应力水平与钻屑量下降,由此表明,制定的卸压技术对治理冲击矿压危害起到了显著作用。
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