陕蒙接壤矿区深部富水工作面冲击地压机理与防治研究

【摘要】：针对陕蒙接壤矿区深部富水工作面过富水区时矿压显现强烈和末采阶段回撤通道易出现底鼓、冒顶、片帮、压架和冲击等现象,采用案例调研、理论分析、力学实验、数值分析、工程类比、现场实测等方法,研究了陕蒙接壤矿区深部富水工作面冲击地压发生机理与防治技术,并在石拉乌素煤矿2-2上201A工作面进行应用,得到以下主要结论:(1)基于微震实测数据确定岩层断裂角、触矸角和破裂范围,结合非充分采动条件下工作面支承压力估算模型,揭示了非充分采动下陕蒙接壤矿区深部工作面支承压力分布规律。为研究工作面冲击地压发生机理、确定超前支护范围和主回撤通道的位置提供理论依据。(2)研究了顶板水运动规律,顶板疏水对富水区岩层物理力学性质的影响,富水区岩层损伤对原岩应力分布的影响,以及富水区疏水过程中富水区岩层和煤层应力的演化规律,揭示了陕蒙接壤矿区深部富水工作面顶板疏水诱发冲击地压机理。疏水引起富水区岩层物理力学性质不均质损伤导致煤层局部应力集中,当该集中应力与其它应力(自重应力、支承压力等)叠加总和超过发生冲击临界值时,易诱发冲击。(3)提出了基于应力叠加深部富水工作面冲击地压危险性预测方法。建立诱发冲击地压因素应力增量函数估算模型,估算了采动、构造和疏水等诱发冲击地压因素应力增量函数,并在自重应力函数的基础之上叠加各个诱发冲击地压影响因素产生的应力增量估算函数,获得煤体应力,根据临界指标划分冲击危险区域和危险程度。与现有综合指数法和可能性指数法对比,表明该方法能够量化冲击危险性预测结果。(4)根据该地区的煤岩强度,基于防冲,研究了陕蒙接壤矿区单(双)通道快速回撤方法发生冲击的临界深度为465m。综合考虑防冲、防灭火、经济高效等原则,提出了深部重型综采工作面长距离多联巷快速回撤方法。该方法把撤架期间防冲作为主要因素,通过研究超前支承压力分布特征,将主回撤通道布置在支承压力峰值影响范围以外,用多条联络巷与主回撤通道连通,且联络巷提前预掘,待工作面推进到停采线位置处与工作面煤壁沟通,从而实行多头并行作业,实现工作面快速回撤。(5)陕蒙接壤矿区深部富水工作面冲击地压防治对策主要包括:疏水孔设计优化、大直径钻孔卸压、合理推采速度、合理选择巷道位置、加强巷道支护等。上述研究成果已经在呼尔吉特矿区石拉乌素煤矿和纳林河矿区营盘壕煤矿逐步推广应用,实现了工作面的安全回采。