急斜煤层水平分段综放开采强矿压致灾机制研究

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急斜煤层水平分段综放开采强矿压致灾机制是采场结构失稳与应力传导共同作用的结果,而45°特厚煤层特殊的赋存条件与复杂的受力环境,导致其采场结构畸变特征与应力传导规律复杂,致使45°特厚煤层开采过程中的强矿压致灾成为了制约其安全生产的重大难题之一。本文研究揭示了45°特厚煤层强矿压致灾机制,具有重要科学意义与工程价值。  本论文以45°特厚煤层水平分段开采强矿压致灾机制为研究目标,综合应用理论分析、物理模拟实验、数值计算、现场监测的方法开展研究,取得以下成果:  (1)理论分析表明:采场结构失稳前,在高应力作用下,强矿压制灾形式主要表现为帮鼓、底鼓、片帮等,且随开采向深部延伸灾害的影响范围增大、严重程度升高;采场结构失稳过程中,在巨大冲击力与大量弹性能的作用下,灾害形式表现为剧烈破坏、震动以及在采空区内形成暴风等强矿压显现,严重威胁采场安全生产,且随开采水平向深部延伸强矿压诱灾的频率与强度整体表现为“递增—骤减—递增”的循环过程。  (2)物理模拟与数值计算得出:第一分段开采过程中,覆岩破坏形式以宏观裂隙与微观裂隙发育及扩展为主,且声发射事件数与释放能量较少;第二分段开采过程中,岩体破裂速度加快,声发射事件数增多,并在开采后期,采场结构失稳,覆岩大面积垮落,声发射事件数与释放能量骤增。工作面推进过程中,超前工作面0m~42m的范围内,采场应力集中程度高、影响范围广,且采场煤岩体内形成大范围的塑性区。  (3)现场监测表明:工作面顶板整体完整,局部煤体破碎严重,采空区内存在顶板悬空区,采场应力集中程度高;通过对现场强矿压控制方案实施效果评估,认为井下与地面相结合的顶板弱化措施有效的改变了内岩体能量存储与释放形式,从而保证了工作面的安全生产。  本文成果对45°特厚煤层水平分段综放开采中强矿压控制提供了理论依据,对类似条件煤层的安全开采具有指导意义。
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