特厚煤层开采冲击地压机理与防治研究

【摘要】：针对近年来我国80%以上冲击地压事故均发生在特厚煤层采掘工作面的现状,急需在理论上揭示特厚煤层更容易发生冲击地压的机理,从而为特厚煤层的开采设计、冲击地压防治和预警提供理论和技术支撑。本文以新疆、山东矿区多起特厚煤层严重冲击地压事故为工程背景,采用现场实测、理论分析、案例调研、岩石力学试验、数值模拟等手段,围绕特厚煤层孕灾时间长、易发生"工作面与两道同时冲击"的整体性冲击灾害、冲击与大变形同时致灾等共性问题,系统研究了特厚煤层典型冲击地压发生机理和防治技术,取得了如下成果:(1)研究了特厚煤层两种典型冲击地压(卸荷型冲击和蠕变型冲击)的发生机理。建立了不同厚度煤层巷道围岩能量释放计算方法,提出了以煤体冲击倾向性和动静应力比值为基础的冲击危险性评价方法,揭示了特厚煤层围岩分区蠕变特征,并推导出了各分区蠕变范围的计算公式,为特厚煤层的开采设计、冲击地压防治提供了理论基础。(2)研究了孤岛工作面发生整体蠕变失稳型冲击地压的机理及全过程。建立了孤岛工作面载荷传递估算模型和煤层承载力计算模型,提出了孤岛工作面整体失稳型冲击危险评估方法,为孤岛工作面整体蠕变失稳型冲击危险性评估及防治提供了理论基础。(3)提出了深井特厚煤层冲击地压与大变形协调控制机制。揭示了深井特厚煤层综放工作面基本顶二次破断回转诱发沿空巷道大变形的力学机制,推导出了基于能量耗散指数法的防冲钻孔参数定量计算方法,提出了 "分区分级"的冲击地压防治理念,研发了新型双立柱单元式超前支架,实现了深井特厚煤层冲击地压与大变形协调控制。(4)提出了特厚煤层开采过程中典型冲击危险区的冲击机制和防冲技术。研究了深井特厚煤层综放工作面过联络巷强烈动压区的致灾机理,揭示了深井特厚煤层综放工作面断层活化规律,并将其分为应力显现阶段、蓄能阶段和结构活化阶段三个阶段,建立了深厚表土薄基岩综放采场充分采动条件下支承压力分布特征估算模型,为深井特厚煤层综放工作面防冲开采设计提供了理论基础。