背斜构造区特厚煤层开采覆岩破断失稳规律及突水压架机理

作     者：刘长友 刘怀东 陈毅琪 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：《采矿与安全工程学报》 (Journal of Mining & Safety Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52074267 52074261) 

主　　题：突水压架 背斜构造 相似材料模拟 支架围岩关系 

摘      要：针对我国西部矿区背斜构造带突水压架事故频发问题，以郭家河煤矿1309工作面为工程背景，采用现场调研、物理实验与理论分析等方法深入研究了背斜构造区特厚煤层开采覆岩破断失稳规律与突水压架机理。研究表明：1）1309工作面突水压架主要发生在起坡角较大，起坡点与轴部落差较大的背斜构造区。顶板宜君组岩层是导致工作面突水事故的关键含水层，煤层之上102.5 m处厚度为28.53 m的中粒砂岩为隔水关键层。2）工作面垮落带高度为65 m，垮落带内破断岩块分布杂乱无章；裂隙带岩层的位移曲线呈单峰状，最大位移点位于背斜构造中下部。隔水关键层断裂后，其上部100.51 m的岩层同步断裂并产生活化，导水裂隙导通宜君组含水层。3）过背斜阶段隔水关键层断裂步距为32.27 m，断裂角为2.15°。断裂后的隔水关键层与采空区已破断岩块铰接形成砌体梁结构，当承压水压力超过1.02 MPa时，砌体梁结构中的断裂岩梁反向回转继而产生滑落失稳。4）隔水关键层滑落失稳后，控制顶板所需要的支架阻力达到31015kN，超过了支架额定阻力，进而会造成工作面支架压架。避免工作面发生压架事故的关键是保证隔水关键层不产生滑落失稳。