向斜构造区特厚煤层开采覆岩结构稳定性及突水压架机理

作     者：刘怀东 刘长友 杨培举 王晨鸿 杨敬轩 

作者机构：紫金矿业集团紫金(长沙)工程技术有限公司 中国矿业大学矿业工程学院 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主　　题：突水压架 向斜构造 相似材料模拟 覆岩结构 支架围岩关系 

摘      要：针对永陇矿区褶曲构造带突水压架事故频发问题，以郭家河煤矿为工程背景，采用现场调研、物理实验与理论分析的方法，确定了导致工作面突水压架的主要含水层，得出了向斜构造区煤层开采覆岩破断失稳特征，建立了考虑承压水作用的覆岩结构力学模型，推导了工作面突水压架的临界水压力，揭示了向斜构造区突水压架机理。研究表明：（1）1303、1304、1308等已开采工作面在向斜轴部区域均发生过突水压架事故，宜君组岩层是导致工作面突水事故的主要含水层，煤层之上102.5m处厚度为28.53m的中粒砂岩为隔水关键层。隔水关键层断裂后，其上部100.51m载荷层同步破断，导水裂隙带导通宜君组含水层。（2）在向斜构造区俯采阶段，顶板覆岩具有多层亚关键层并形成多离层区。向斜轴部岩层破断角竖直发育，顶板破坏程度最高，压架风险最大。（3）顶板突水致使覆岩结构失稳是导致压架事故发生的关键。承压水对顶板岩层稳定性的影响主要表现为：增加了覆岩载荷传递的连续性，降低了组合亚关键层的承载能力；构成了组合亚关键层的附加载荷。（4）防止突水压架所需的支护阻力随承压水压力的增大而加速增加，工作面发生突水压架事故的临界承压水压力为0.98MPa。控制导水裂隙带发育高度与降低宜君组承压水压力是保证工作面不发生压架事故的关键。