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厚煤层冲击地压预测分析和支护技术研究

高玉良  
【摘要】:冲击地压是一种破坏性比较强的煤岩体动力现象,并且具有突然性和多样性,目前关于冲击地压机理最为广泛的说法是由于煤岩体中弹性能存储过载,煤岩体最终发生了失稳破坏,并释放出弹性能,矿井开采当中,厚煤层相比于薄煤层和分层开采存在大采高、扰动影响大的特点,冲击地压发生的可能性也比较高,特别是埋深较大的厚煤层矿井,依据煤矿相关规定一般采深超过400m的矿井都需要进行冲击地压的监测,由于发生具有随机性和不确定性,所以至今冲击地压的预测还没有得到很好的解决。本课题以小纪汉煤矿为工程背景,针对厚煤层冲击地压发生孕育时间较长,蠕变型冲击地压在高应力的情况下工作面和已经成巷回采巷道都易发生冲击地压的现象,通过理论和数值模拟的方式对小纪汉煤矿可能发生冲击地压的部位给予预测分析,并对已产生大变形和冲击现象的回采巷道支护方案进行支护优化和改良。主要研究结果如下:(1)通过中薄煤层和厚煤层的对比分析得出厚煤层下弹性能量的集聚大于薄煤层,并通过理论计算得出在小纪汉厚煤层地质条件下弹性能量、巷道半径和煤层埋深的相互关系曲线。(2)蠕变型冲击地压具有自发性和时滞性的特点,巷道开挖以后塑性区围岩完全蠕变破坏以后将会形成“伪自由面”,部分弹性煤体三向应力状解除,最终在巷道薄弱区域发生冲击地压,围岩由于蠕变速率存在差异,故将围岩分为快速不稳定蠕变区、慢速不稳定蠕变区以及稳定蠕变区,并通过理论计算得出小纪汉煤矿回采巷道的三种蠕变区的大致范围,为之后的回采支护提供了理论依据。(3)由于煤厚变化区对小纪汉煤矿冲击地压可能造成影响,故通过建立简易弹簧体力学模型并利用计算式得出煤厚由厚变薄应力增加的结论,并通过数值模拟进行了论证。(4)通过Flac3D对小纪汉煤矿现有回采工作面三个阶段性回采,分析了该煤矿工作面前方冲击地压可能发生区域,以及回采巷道两帮应力异常区域。(5)针对原有支护在回采巷道之中存在锚固范围小无法形成有效的压力拱的问题以及巷道的冲击地压尤其是存在应力异常区域的回采巷道,提出了锚杆+锚索+钢带的联合支护形式,并对煤厚变化应力异常区域加强监测并采取钻孔卸压的措施。(6)提出采煤工作面冲击地压防治的局部方案。


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