低位巨厚岩层破断规律及矿山压力显现

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本文针对在低位巨厚岩层影响下的冲击地压事故,以峻德煤矿9103工作面为工程背景,以实用矿山压力理论、材料力学为理论基础,分析了工作面长度、煤柱宽度、掘巷位置、覆岩运动对冲击地压的影响,得到了峻德煤矿9103工作面掘进与回采期间冲击地压发生特征,采用理论分析、相似材料模拟、数值模拟等方法,开展了对低位硬厚岩层影响下冲击地压发生动力基础的研究,取得了如下结论:  (1)掘进过程中冲击地压事故发生原因:上部工作面较短,巨厚岩层处于弯曲状态集聚较大弯曲弹性能,煤柱积聚较大压缩弹性能,留设护巷煤柱宽度超过“内应力场范围”,巷道位于支承压力高峰区都是引发冲击地压的原因,内应力场掘进不会发生冲击地压,构造应力场高应力区间也是引发冲击地压的动力源。在高应力区推进和维护的巷道预留的护巷煤柱煤柱愈宽,冲击地压强度和波及的严重程度愈高。在支承压力高峰区域维护的巷道存在多次冲击地压的危险性。  (2)回采过程中冲击地压事故发生原因:上区段工作面长度较短,老顶(特别是巨厚岩层)运动不充分,造成高强度弯曲弹性能储存;较宽隔离煤柱,造成大面积悬顶,积聚了高强度的压缩弹性能和顶板弯曲弹性能;顶板巨厚岩层裂断,压缩煤壁,造成大面积顶板弯曲弹性能和煤壁压缩弹性能的释放;在3.15冲击区域有上覆9层、11层煤柱,导致压力集中传递于应力集中冲击区域;地震诱发都是引发冲击地压的重要因数。  (3)根据实验得知工作面推进至235m左右时巨厚岩层断裂,组合岩层在自重与煤柱压力作用下达到极限悬顶从而断裂垮落,弹性变形能通过17煤煤层释放;由于11煤煤柱的影响,17煤上覆岩层离层裂隙带发育过程中左端区域大于右端区域,呈三角形分布。11煤煤柱向底板传递力,应力传播角大约35度,随着工作面推进,支承压力高峰区与煤柱应力传播相互影响,支承压力最大应力集中系数Kmax为3.0-5.5,平均值为,4.3,均方差为0.478。  (4)根据数值模拟可知,当工作面长度为298m时,巨厚岩层断裂,支承压力高峰区位于煤壁侧向18m左右,内应力场范围约为0-5m。工作面长度大于298m,且在上一工作面岩层垮落完全及应力重新分布稳定后,在内应力场中进行沿空留巷或沿空掘巷,可以避免冲击地压。
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