工作面过上覆遗留煤柱致灾机理及超前区域防治技术研究

• Published in: 煤炭科学技术 Vol. 51; no. 9; pp. 46 - 54
• Main Authors: 杨欢, 郑凯歌, 李彬刚, 李延军, 杨森, 王泽阳, 王豪杰, 戴楠
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安 710077%中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安 710077 01.09.2023; 安徽理工大学地球与环境学院,安徽淮南 232001
• Subjects: hydraulic fracturing; 矿压; ground pressure; residual coal pillar; shallow buried; 超前弱化; short distance; leading weakening; 浅埋; 近距离煤层; 遗留煤柱; 水力压裂
• ISSN: 0253-2336
• DOI: 10.12438/cst.2022-1373

TD327.2; 浅埋近距离煤层下伏工作面开采通过上覆遗留煤柱时,易发生强矿压动力灾害,造成人员设备损伤,严重威胁矿井安全生产.采用特征归纳、数值模拟计算、力学模型分析等研究方法,明确浅埋近距离煤层上覆遗留煤柱灾害发生规律,揭示强矿压致灾机理.研究表明:上覆遗留煤柱强矿压致灾机理为工作面出煤柱时,煤柱及上覆承载体受扰动突然失稳,能量瞬间传递至采场,以动能形式释放,造成强矿压动力灾害.基于"垮落充填体支撑+关键岩层弱化+应力传递路径转移"防治理念,提出通过改造煤柱及承载体运移空间、弱化关键岩层、均布集中应力及转移应力传递路径的分段水力压裂超前区域弱化防治技术,并在典型工作面开展工程试验.工程试验结果表明:水力压裂实施过程中,泵注压力峰值达23.4 MPa,压力变化总体呈"锯齿状"波动且伴有压力突降,突降达60余次,岩体内部人造主裂缝与微裂缝持续交替发育,有效破坏了岩体的完整性;治理后,来压峰值及来压平均值分别降低15.41％,8.29％,动载系数峰值及平均动载系数分别降低17.39％,11.88％,立柱最大下沉量降幅达50.00％且小于0.4 m,工作面巷道顶板最大下沉量降幅33.33％.工作面安全通过上覆遗留煤柱影响区域,分段水力压裂超前区域弱化技术可实现浅埋近距离煤层上覆遗留煤柱强矿压灾害的有效防治.