多工作面开采后覆岩运动诱发外围巷道冲击机理及防治研究

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冲击矿压是煤矿矿山压力动力显示灾害之一。支承压力影响区域,特别是采场超前支承压力范围内,是冲击矿压多发区域,以往的研究多针对这些区域的冲击事故进行分析。然而,随着煤矿开采活动逐年向深部发展,距离采场较远的外围巷道也出现冲击矿压显现事故,针对这种情况,本文对多工作面覆岩耦合运动诱发外围巷道冲击机理及防治做了一些研究工作。通过对采场围岩结构的分析,把围岩结构重新划分为“横四区竖三带”,即在工作面中部沿推进方向剖面上,自采空区向煤壁方向划分为Ⅰ残余支承区、Ⅱ离层卸压区、Ⅲ支承升压区、Ⅳ原岩应力区;竖向分为冒落带、断裂带和弯曲下沉带。对采区多工作面覆岩变形、破断过程分析表明,距离采场较远的已稳定覆岩结构,受采场覆岩运动影响易发生联动的“二次失稳”,同样能够诱发巷道煤体冲击显现。在多煤层开采过程中,采区准备巷道煤柱区应力集中程度随采掘活动的开展逐渐增加,当回采下层煤工作面时,对上层煤已稳定覆岩结构影响较大,常引发岩层联动破断,导致覆岩结构“二次失稳”,对采区准备巷道冲击影响更加强烈。冲击矿压发生的的主要原因是巷道或采场煤岩体内积聚的弹性能,以突然、极剧、猛烈的方式释放,而弹性能的积聚是煤岩体内应力集中的结果,煤岩体内主要的应力来源有三部分:1、巷道掘进引起的静应力扰动;2、邻近工作面采动引起的静应力扰动;3、矿震引起的动载扰动。从能量角度指出:若煤岩体不发生冲击失稳破坏,须满足顶板中释放的能量E1小于煤体冲击破坏所需的能量E2,即E1E2。对静载和矿震动载作用下冲击过程分析表明,有矿震扰动煤岩系统冲击过程释放的能量,相比静载作用多释放能量p(t)2/2。不同煤岩活动引起的矿震类型不同,基于GDEM分析法,分析了张拉型、纯剪型、拉剪型破坏震源对围岩的扰动情况,结果表明:不同矿震震源对围岩位移扰动方向不同,但距离震源越近受影响越剧烈,且位移量随距离增加衰减较快;位移云图相对震源有对称性;地质构造破碎带对矿震波有干扰作用;相同等效力震源作用下,围岩最大位移量存在张拉型震源>拉剪型震源>纯剪型震源的关系。张双楼煤矿-1000西一采区矿震数据表明:矿震活动以小能量矿震为主,大能量矿震较少;冲击事故发生前有一个明显的矿震活动“间歇期”。基于多因素叠加法,划分采区上山煤柱区域、7煤层断层区域为严重冲击危险区域,7煤层开切眼及9煤层断层区为中等冲击危险区域。介绍了基于解放层开采的跨上山开采、采空区下重掘巷道等区域防冲技术,及大直径钻孔卸压、煤体卸压爆破、切顶卸压等局部解危技术。
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