特厚煤层掘进巷道冲击破坏能量机制

作     者：焦建康 JIAO jiankang

作者机构：中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 

出 版 物：《煤炭技术》 (Coal Technology)

年 卷 期：2023年第42卷第1期

页      面：39-44页

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：天地科技股份有限公司科技创新创业专项基金资助项目(2020-TDQN008) 国家自然科学基金资助项目(51974160,51804159)。 

主　　题：特厚煤层 冲击破坏 巷道围岩 能量演化 

摘      要：针对特厚煤层掘进巷道围岩冲击破坏频率高、释放能量大、破坏范围广的特点,以陕西彬长矿区特厚煤层掘进巷道为工程背景,分析了特厚煤层巷道围岩冲击破坏能量演化过程,建立了稳定性能量判据,得到了特厚煤层巷道围岩冲击破坏的内在原因和关键影响因素。研究结果表明:厚煤层掘进巷道围岩从能量角度可划分为储能区、释能区和吸能区;释能区可释放的弹性能与主应力量值、围岩卸载弹性模量呈正比,与卸载泊松比呈反比;吸能区可吸收的能量与围岩强度和锚杆(索)最大应变值呈正比。巷道围岩冲击破坏的能量条件是释能区释放的弹性能大于围岩冲击破坏耗能,同时能提供煤体弹射或抛出所需要的动能。特厚煤层巷道围岩释能区单元煤体可释放的弹性能是岩体的1.87倍,为冲击破坏提供了必要的能量条件;吸能区单元煤体耗散的能量是岩层的0.42倍,为剩余能量转化为冲击破坏动能提供了外在突破口。通过优化巷道布置降低弹性能集聚,及时卸压减小弹性能释放,加强巷道支护增加弹性能耗散,可有效防范特厚煤层巷道冲击破坏的发生。