浅埋深特厚煤层综放工作面强矿压显现机制与防治技术研究

浅埋深特厚煤层综放工作面强矿压显现机制与防治技术研究

张博飞

中煤大同能源有限责任公司  省市:山西省大同市 邮编:037000

摘要：随着开采深度的增加，煤矿发生强矿压显现现象频率越来越高，对巷道和工作面带来了严重的危害，影响了煤矿的安全高效生产。国内外众多学者对强矿压机理与防治进行了研究。针对临空工作面特厚煤层开采强矿压显现问题，采用覆岩内部岩移无线监测系统和相似模拟试验，研究了特厚煤层采动过程覆岩移动规律。基于此，对埋深特厚煤层综放工作面强矿压显现机制与防治技术进行研究，以供参考。

关键词：强矿压；载荷三带；数值模拟

引言

强矿压是矿区周围煤岩突然破坏和释放大量能量的强烈动态现象,是煤矿最具破坏性的动态灾害之一。强矿压广泛存在,各种煤层厚度和采煤方法都记录了强矿压的发生。例如,在2006年3月至2008年3月期间,在玉北煤矿发生了67起事件,造成40多人受伤,一人死亡。2010年10月8日,煤矿发生强矿压,煤层板和底板体积约243m3,造成严重人员伤亡和设备损坏。2014年1月至2015年12月,临沂窑矿共发生了5起矿石压力大事件。因此,防治矿山高压灾害对保障我国煤炭资源的安全生产具有重要意义。

1基于“载荷三带”的应力分析

工程实践表明，对于工作面强矿压防治而言，需要研究的岩层范围包括直接顶、基本顶乃至地表的整个上覆岩层。为了分析上覆岩层在采掘工程中对巷道本身及周边施加的应力影响，将整个上覆岩层组划分为“即时加载带（ILZ）”、“延时加载带（DLZ）”和“静载带（SLZ）”三带，称之为“载荷三带”。“载荷三带”的运动是引起冲击的主要应力来源。

2综放工作面支承压力计算模型

工作面压力过大的主要原因之一是工作面顶部的高开采、基本强度和厚度，导致开采底部的大重量和大的基本旋转空间，因此基于关键层理论的长壁压力计算模型u， 而工作面上的动力理论分析表明了计算长壁压力的力学机制，ETAS是关键层控制的岩石层，KS理论认为，关键层的移动是关键层控制的，关键层随着孔洞面积的增大，关键层在工作面上形成裂缝，当ETAS厚度大于顶块ks 2.5倍时，顶部层表现为“拱效应”， ETS值大于ADCF区域中ETAS质量的2.5倍，它被加载到AB段左侧的最大k值和岩石层中。

3临空采动地表岩移监测

深部矿井开采引起地表下沉，甚至造成塌陷等次生灾害。因此矿井在12盘区布置多条地表岩移监测线，定期对工作面开采后地表岩移进行监测，测线平面布置情况。对1208工作面实体煤回采与临空回采阶段进行地表沉降监测。工作面实体煤回采阶段，地表最大沉降量约为0.23m，随着工作面继续推进地表沉降无明显变化，表明地层活动已经趋于稳定；工作面临空回采阶段，在实体煤回采向临空回采过渡区地表总是最先沉降，且沉降量最大，工作面进入临空回采约两个月(进尺约为180m)，地表最大沉降量就超过实体煤回采期间最大稳定沉降量，同时在强矿震发生前后一个月，地表沉降量显著增大，表明临空采动下，地层结构不稳定，岩层运动易诱发强矿震，而强矿震的发生将导致地层结构再次失稳，引起地表迅速沉降。

4冲击地压影响因素归类

根据不同的分类标准，可以对影响因素进行分类:①根据各因素影响范围的不同，分为全局因素和局部因素。全局因素范围比较大，可以覆盖多个工作面甚至采区，主要包括影响倾向、开采深度等因素。局部因素只影响局部范围，如断层构造、煤柱等因素。②根据各种因素引起的载荷形式不同，可分为静载荷影响因素和动载荷影响因素。③根据开采不同阶段的影响程度不同，可分为掘进期影响因素和开采期影响因素。④根据成因不同，可分为地质因素和开采技术因素。由于冲击地压发生机理和主要诱因的复杂性，在不同的开采阶段和不同的开采环境中，影响因素会表现出不同的方式和程度。矿井条件存在显著差异，冲击地压的主要影响因素也不同。因此，有必要进一步分析矿井的实际情况。

5强矿压灾害超前弱化治理

根据采煤工作面矿压灾害机理分析可知，无论工作面上距离较浅的采煤类型如何，都存在着剧烈的压力，基本上是由煤柱上的断块和关键块体的移动控制的，这些块体通过煤柱向工作面上的层和支架传递扰动载荷，这是造成这一灾害的主要原因，根据上述分析，假定煤柱内的灾害发生将控制主荷载， “过渡”和“承载”是指在煤柱边界上方的关键块，“过渡”是指通过中断和旋转关键块来传递顶部载荷的介质—煤的“公差”是指承受所传递的煤柱载荷的岩石层和工作面，当这些步骤中的任何一个发生变化时，都会影响在煤柱战争中出现的灾难，因为煤柱的承载面上的载荷越大。 层和支架之间的载荷能力越小，当煤柱出现时，支撑台就越容易发生灾害；反之，如果过渡煤柱的传递载荷的影响受到破坏，无论其表面上方的载荷有多大，或者层间和支架在工作台上的承载能力有多弱，那么工作台上的支架就容易受到高压灾害的影响， 因此，作为传递荷载的一种手段，柱在采煤中起着关键作用，因此，删除或减少煤柱的传递荷载是防止这些灾害的关键要素。

6冲击地压其它影响因素分析

(1)压降与北翼巷煤深有关，第一矿区埋深约600m，由于采深可用，肇庆煤矿已具备深部地面影响条件。(2)根据对肇庆煤矿煤坡的测量，煤的上、下两层均被识别为轻度冲击煤层，这意味着煤实际上具有冲击压力的多种内在因素； 对肇庆煤矿集中静力载荷的影响和作用较高，在一定程度上包括开采深度、褶皱、断裂、巷道布置、煤的沉降等动态载荷的影响因素包括断裂活动性、固顶塌陷等，但这些因素对肇庆煤矿现今发生的情况影响较小，原因是上部平台和断裂对冲击压力的形成作用较弱，钻井过程中形成了冲击压力，而冲击压力是煤岩层累积静力的主要驱动力。 由于碳层非常复杂，所以很容易产生滑动。

7现场实践效果分析

为进一步分析切顶卸压对巷道围岩控制作用，对预裂卸压后61617主运顺槽、辅运顺槽进行了巷道变形监测。随着监测时间的增加，巷道变形表现为缓慢－快速－平稳波动变化特征，61617主运顺槽顶板最大下沉量为336mm，煤柱侧最大移近量为310mm，回采侧最大移近量为290mm；61617辅运顺槽顶板最大下沉量为327mm，煤柱侧最大移近量为296mm，回采侧最大移近量为277mm，围岩变形均在可控范围内。针对坚硬顶板条件，预裂卸压方法取得了良好的卸压效果。

8煤柱矿压显现规律

在工作区的回收过程中，如果工作区不是来自煤柱，那么在靠近煤柱顶部的一层下面，工作区将会大大增加对煤柱的压力；当工作区来自煤柱时，会留下以静态压力为基础的碳足迹，这是影响流体力学压力的主要因素。

结束语

矿震是一种诱发地震，是深部煤层采掘活动必然出现的动力现象。强矿震弹性波扰动作用下可能引发井下冲击地压灾害、引起地表晃动，甚至造成地表塌陷、建构筑物损毁等次生灾害，威胁矿井安全生产、影响矿区居民正常生活。例如，鄂尔多斯矿区深部矿井白垩系地层巨厚覆岩以厚砂岩层为主，随着采空范围增大，强矿震频发。2021年以来，仅鄂尔多斯矿区就先后发生6起2.0级及以上强矿震，严重制约了矿井正常接续，加深了矿区居民对矿震现象的恐慌，矿震问题由矿山安全问题演变为公共安全问题。目前，矿区强矿震难以有效防控，亟待深入研究强矿震孕育发生机理。

参考文献

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