充填体支撑作用下坚硬顶板运动模式与控制方法

摘要：

低位坚硬顶板破断释能引起的强扰动是深部矿井冲击地压灾害的一大诱因.为降低冲击地压对深部开采的影响,以古城煤矿1123充填工作面为工程背景,采用理论分析、室内试验和现场实测等手段研究充填体支撑作用对坚硬顶板运动模式的影响,探究低位坚硬顶板的控制方法.厚顶煤碎胀下沉导致采空区充实率低于80％,大埋深、多断层、不等宽煤柱和临近采空区等因素叠加影响下,充填工作面仍然面临围岩大变形破坏、采动应力集中程度高、顶板强冲击载荷等矿压控制难题.因此,本文构建了充填体支撑作用下坚硬顶板结构力学模型,提出了坚硬顶板下沉曲面预测方法,探究了充实率对沉降曲面形态的控制作用,发现了充填体接顶范围、坚硬顶板内部拉应力与充实率之间的线性和负指数关系.微震监测结果表明:1123工作面能级达到104J的大能量事件仅出现两次,微震事件主要分布于应力集中程度高的底板岩层,坚硬顶板岩层事件急剧减少;充填开采条件下1123工作面直接顶(顶煤)发生大变形破坏,坚硬基本顶及上位岩层以弯曲下沉运动模式为主.充填开采避免了坚硬顶板破断释能形成的动力扰动效应,但无法消除煤层压缩变形引起的应力集中现象.本文提出了一种坚硬顶板预裂爆破卸压方法,一次卸压幅度达到2.0～2.7 MPa,有效降低了静态应力场集中程度;开发了坚硬顶板运动模式的"空区充填-钻孔卸压-预裂爆破"多手段控制技术体系,有效抑制了 1123工作面顶板强动载、煤层高静载现象的发生,降低了深部矿井坚硬顶板工作面的冲击地压风险.

关键词：冲击地压、充填开采、坚硬顶板、微震监测、预裂爆破

所属期刊栏目：40

分类号：TD801(矿山开采)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;中央高校基本科研业务费项目

在线出版日期：2023-10-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：1057-1066