深厚表土综放采场应力加载型冲击地压机理

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 5; pp. 2092 - 2105
• Main Authors: 张翔, 朱斯陶, 姜福兴, 张修峰, 李士栋, 王超, 刘金海, 陈洋, 周涛, 李佳洁, 朱淳
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 山东能源集团有限公司冲击地压防治研究中心,山东济南 250014%山东能源集团有限公司冲击地压防治研究中心,山东济南 250014%兖矿集团有限公司赵楼煤矿,山东菏泽 274705%兖矿集团有限公司煤矿冲击地压防治研究中心,山东邹城 273500%河海大学地球科学与工程学院,江苏南京 211100 01.05.2023; 北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083%北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083
• Subjects: stress-loaded; 深厚表土; 冲击地压; 压力拱; collapse arch; 应力加载; overburden structure; 覆岩结构; 垮落拱; deep topsoil; rockburst; pressure arch
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2022.1712

TD324; 应力加载型冲击地压是深厚表土综放采场特有的冲击地压类型,其发生机理尚不清晰,导致煤矿面临此类型冲击地压时无法有效防治甚至发生严重事故.以山东巨野煤田赵楼煤矿3304(超前100 m)长时间(持续38 d)冲击预警为工程背景,采用相似材料试验、理论分析、数值模拟、现场实测等方法,研究了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压的发生机理,得出了以下结论:由模拟试验和理论分析提出了深厚表土综放采场的覆岩空间运动特征,基于承载基岩初次破断时厚表土的成拱性和延时加载性,推导了厚表土垮落拱和压力拱的轮廓表达式,建立了深厚表土综放采场走向覆岩传递应力估算模型.揭示了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压机理:当承载基岩达到悬露极限发生断裂回转时,厚表土层运动下沉形成土压力拱结构,其上覆巨厚表土层自重通过拱脚传递至煤层中,导致煤壁前方大范围煤层应力在短时间内大幅度持续升高,容易诱发应力加载型冲击地压.数值模拟结果表明深厚表土综放采场承载基岩断裂后,厚表土呈现由下至上渐进式破碎、垮落的运动特征,采场以岩、土接触面为界形成2个压力拱,表土压力拱传递的表土自重导致煤壁前方大范围煤层应力高度集中.现场实测表明应力加载效应发生后采场动载释放水平较低且呈现固定位置的微震集中带,土压力拱的形成将限制表土层快速下沉,工作面位于土压力拱的支点区域进行回采工作,当工作面推过该支点加载区域后,土压力拱破坏导致采场地表整体大幅度下沉.设计并实施了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压的防治方案,包括井下地面联合监测预警、围岩高强度钻孔弱化、显现区域支护体系补强、"监测-卸压"临界推速控制.