【摘 要】
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冲击矿压是煤矿生产过程中的动力灾害之一,严重影响煤矿的安全生产。冲击矿压的危险性与煤系地层中煤岩物理力学属性紧密相关。在相同的开采技术条件下,埋藏深度超过千米的煤层开采时,软弱煤层的冲击危险性较小,不容易发生冲击矿压灾害。论文以孙村煤矿1300m埋深的软弱4#煤层2424工作面为研究对象,采用理论分析、数理统计、数值模拟、工程实践等手段,开展了孙村煤矿千米以深软弱煤层冲击矿压主控因素及防治技术研究
【基金项目】
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国家自然科学基金项目资助（51874292、51934007）； 国家重点研发计划资助（2016YFC0801403）；
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冲击矿压是煤矿生产过程中的动力灾害之一,严重影响煤矿的安全生产。冲击矿压的危险性与煤系地层中煤岩物理力学属性紧密相关。在相同的开采技术条件下,埋藏深度超过千米的煤层开采时,软弱煤层的冲击危险性较小,不容易发生冲击矿压灾害。论文以孙村煤矿1300m埋深的软弱4#煤层2424工作面为研究对象,采用理论分析、数理统计、数值模拟、工程实践等手段,开展了孙村煤矿千米以深软弱煤层冲击矿压主控因素及防治技术研究。取得了如下研究成果:分析了孙村煤矿千米以深软弱煤层冲击矿压显现特征及主控因素。根据煤体的冲击倾向性,将煤层分为软弱、中硬、坚硬三类。孙村煤矿深部煤岩体强度较低,属于软弱煤岩体;煤层无冲击倾向性,顶板岩层具有冲击倾向性;孙村煤矿千米以深地应力场基本为静水应力场。在软弱煤层条件下,冲击矿压主要表现为冲击影响范围小、巷道变形量大、巷道支护构件损坏严重。主控因素包括:开采深度、煤岩体强度和冲击倾向性、地质构造等。研究了孙村煤矿1300m深软弱煤层2424工作面煤体随采动的应力演化规律与变形响应特征。根据应力水平定义了冲击危险系数。采用数值模拟分析不同采深和煤体强度对煤层冲击危险性的影响。随采深增加,煤层的冲击危险系数ξ1增加;而煤层的采动应力系数ξ0、冲击危险系数ξ1与煤体强度呈正相关关系。在1300m的采深条件下,在单纯的静载作用下软弱煤层难以满足冲击发生的临界应力条件。研究了孙村煤矿千米以深软弱煤层冲击矿压发生机理。建立了巷道围岩静载力学模型并分析得出:煤岩体的结构完整性越差、强度越低,围岩塑性区分布范围越大。开采深度越大,原岩应力水平越高,应力集中分布范围越广。地表沉降数据及矿震分布研究可知:孙村煤矿覆岩结构呈弯曲下沉状态,仅有少量的小能量矿震事件发生,矿震在时空上呈现“低频低能”的分布特征。而软弱煤岩层内矿震应力波传播时衰减较为迅速,矿震动载荷在软弱煤岩层中不易传播。以此确定了孙村煤矿千米以深软弱煤层冲击矿压为“高静载+低动载”型。在孙村煤矿1300m埋深软弱4#煤层2424工作面开展了现场工程实践。分析了工作面的冲击危险性及危险程度;通过微震法、钻屑法、应力在线法等进行了监测预警;采用大直径钻孔卸压、顶板超前深孔爆破等防冲措施进行卸压解危;针对软弱煤层巷道大变形的特性采取了强化支护的方法进行围岩控制,取得了良好的效果。本论文有图61幅,表27个,参考文献91篇。
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