深部條帶煤柱沖擊失穩(wěn)發(fā)生機理及微震前兆模式預警.pdf

1、隨著開采深度的逐漸增加，越發(fā)頻繁和嚴重的沖擊地壓制約了煤礦的安全高效生產(chǎn)。本文采用理論分析、室內(nèi)試驗、數(shù)值模擬與現(xiàn)場實踐相結合的方法，研究了深部條帶開采沖擊地壓發(fā)生機理及監(jiān)測卸壓技術，主要結論如下：
　?。?）試驗研究了條帶工作面頂板覆巖運移特征及圍巖應力分布演化規(guī)律。結果表明，條帶開采頂板裂隙發(fā)育高度與采寬呈正指數(shù)關系。煤柱應力分布類似于“馬鞍形”，即煤柱邊緣發(fā)生塑性破壞，其應力釋放減小，其余區(qū)域煤柱應力隨采空區(qū)增加而逐漸增加，

2、且工作面開挖進度的改變（如開挖新工作面、推進速度的突然增加）以及頂板運動產(chǎn)生動載都會引起煤柱應力的突然增加。
　?。?）理論分析了煤巖體沖擊地壓發(fā)生過程及其能量轉化規(guī)律，建立了沖擊地壓發(fā)生的能量判據(jù)及單位體積煤巖體臨界能量密度表達式，得到了古城煤礦-1200m水平采場單位體積煤巖體臨界能量密度值。
　?。?）基于莫爾-庫倫準則，推導了矩形采空區(qū)側煤柱塑性區(qū)寬度表達式，得到3202工作面煤柱塑性破壞區(qū)寬度為59.92m；建立了

3、條帶開采“煤柱-頂板”協(xié)同作用突變模型，得到了煤柱發(fā)生沖擊失穩(wěn)的充分必要條件，建立了條帶煤柱沖擊失穩(wěn)能量釋放量表達式，并提出了用于評價古城煤礦煤柱沖擊危險性的指標：煤柱彈塑性區(qū)剛度比k、塑性區(qū)寬度比aY及煤柱核區(qū)彈性變形指標Uq。
　?。?）基于FLAC3D數(shù)值模擬軟件，分析了開采方式（條帶采寬、留寬）、頂板屬性（頂板斷裂、頂板強度、頂板厚度）、煤層厚度等因素對條帶煤柱穩(wěn)定性的影響。結果表明，條帶開采一定程度上降低了采場應力集中程

4、度，減小發(fā)生沖擊地壓的可能性；當頂板厚度為10～20m時，沖擊地壓發(fā)生類型主要為煤柱型沖擊地壓，隨著頂板厚度的增加，煤層應力峰值減小，頂板活動誘發(fā)沖擊的可能性增加；降低頂板強度，使頂板應力集中程度降低，可減小工作面沖擊危險性；薄煤層工作面前方應力峰值較大，峰值距煤壁較小，厚煤層工作面前方應力峰值相對薄煤層有所降低，峰值區(qū)向煤體深部轉移。
　?。?）統(tǒng)計分析得到了古城煤礦微震事件空間分布特征、微震前兆模式特征及臨界預警值，依此實現(xiàn)了