底煤厚度对巷道底板冲击启动的影响规律研究

作     者：张晨阳 

作者单位：煤炭科学研究总院 

学位级别：硕士

导师姓名：毛德兵;潘俊锋

授予年度：2018年

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

主      题：冲击地压 底煤厚度 影响规律 底板冲击 底板卸压 

摘      要：近年来,巷道底板冲击地压灾害频繁发生,严重制约深部矿井安全高效开采。现场统计资料表明,煤矿由于地质及采掘技术条件等限制因素会留有厚度不等的底煤,是影响底板冲击启动的重要因素。论文综合采用真三轴试验、数值模拟、理论分析、现场实测相结合的手段,研究底煤厚度对掘进巷道底板冲击力源分布、应力传递、启动过程等的影响机制。得到如下主要成果:(1)来自底板煤岩层的组合煤岩体真三轴试验表明:岩样是主要弹性能贮存体,而煤样是主要动力释放显现体。煤样较薄(煤样与岩样比例为1:2)或者偏厚(比例为2:1)时,均会极大程度地增强组合煤岩体动力破坏可能性。当煤厚比例为0.33、0.67时,组合体试样动态破坏时间较低、冲击能量指数较高,试样整体冲击倾向性较高。(2)留底煤巷道掘进数值模拟分析表明:底板横向应力场集中程度相对轴向、垂向应力场更为显著,其应力集中系数约是后两者的1.4倍左右,底板横向应力场是煤岩冲击破坏的主导力源因素。(3)底板煤岩层叠体梁挠曲破坏力学模型分析认为:随着底煤厚度的增加,底煤积聚弹性能逐渐增加,增加梯度与底煤厚度4次方的倒数具有负相关关系。(4)巷道掘进时,底板岩层是主要的冲击动力能贮存体,而底煤是主要的动力释放显现体。底煤厚度变化会影响底板潜在冲击启动区、潜在冲击能量传递区、潜在冲击地压显现区的范围、能量贮存程度、能量传递能力以及这三者之间的空间依存位置,进而影响底板冲击的概率和范围。随着底煤厚度的增加,底板冲击启动的趋势性逐渐增强,当底煤厚度增加到2m时,其对底板冲击启动的影响梯度趋于零值。(5)冲击地压煤层在掘进巷道时应避免留设底煤,必须留底煤时,底煤厚度不应超过2m。留底煤底板卸压时,应针对底板岩层采取解危措施,阻断应力传递路径,弱化底板冲击启动趋势。论文研究结论在现场进行了应用分析,底板解危效果良好。