千米深井超长工作面顶板分区破断驱动机制与围岩区域化控制研究

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 10; pp. 3615 - 3627
• Main Authors: 王家臣, 王兆会, 唐岳松, 孙文超, 冯云贵
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083 01.10.2023; 放顶煤开采煤炭行业工程研究中心,北京 100083%中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083
• Subjects: 超长工作面; 区域化控制; regional failure; roof micro-seismicity; 顶板微震; 分区破断; longwall panel with large face length; 千米深井; kilometre-deep coal mine; zonal control of surrounding rock
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.0077

TD801; 我国煤矿开采深度和工作面长度不断增加,矿压显现剧烈程度逐年走高.为提高深部超长工作面围岩控制效果,以中煤新集口孜东矿121304工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析、室内试验等手段研究顶板微震活动规律,揭示顶板分区破断与动态迁移机制.结果表明:千米深井超长工作面支架阻力呈现"中间小、两端大"的谷形分布特征,顶板破断有异于常规采场的"O-X"模式;工作面不同推进阶段,顶板破断引起的高能级微震事件位置在工作面长度方向上动态变化,表明基本顶破断存在分区和动态迁移现象;工作面中部高能级微震事件携带能量小于工作面两侧,造成中部动载冲击效应弱,与支架阻力谷形分布吻合;将超前采动应力大于基本顶初始屈服强度的区域定义为峰值影响区,区内应力集中驱动超前裂隙萌生,应力释放和应力旋转促进裂隙扩展,揭示了旋转性采动应力驱动超前裂隙发育机理;构建了基本顶分区破断与动态迁移力学模型,原生裂隙和采动裂隙改变了基本顶局部边界条件,引发基本顶分区破断现象,由中部峰值影响区至工作面两侧,基本顶极限承载能力降低,导致分区破断动态迁移现象;峰值影响区基本顶破断尺寸小于非峰值影响区,解释了 121304工作面支架阻力呈谷形分布的原因;根据千米深井超长工作面基本顶分区破断与动态迁移模式,提出了工作面围岩区域化控制方法,中部峰值影响区液压支架采用成组协同移架方式,其他区域采用独立移架方式,提高了 121304工作面围岩控制效果.