千米深井超长工作面采动应力旋转轨迹及其推进方向效应

• Published in: 煤炭学报 Vol. 47; no. 2; pp. 634 - 650
• Main Authors: 王兆会, 孙文超, 水艳婷, 刘鹏举
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083 01.02.2022; 放顶煤开采煤炭行业工程研究中心,北京 100083%中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083
• Subjects: 旋转轨迹; 深部开采; 围岩稳定性; 采动应力; 推进方向
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.XR21.1549

TD323; 随着浅部煤炭资源开采殆尽,深部煤炭资源开发成为我国东部矿区面临的一大难题.深部矿井具有高应力、强扰动、节理裂隙发育等特点,导致煤壁高程度片帮、顶板大范围漏冒、巷道大变形破坏等围岩失稳现象频发,威胁安全生产.为提高深部开采围岩控制效果,以安徽省口孜东矿千米深井超长工作面为工程背景,采用现场实测、室内实验、数值计算和理论分析等手段研究超前采动应力旋转轨迹及其推进方向效应.结果表明:千米深井超长工作面支承压力呈现以峰值影响区为边界的空间分区特征,超前影响范围和煤壁破坏宽度分别达到150和8～12 m,采动应力发生大幅度旋转现象,高应力和应力旋转共同驱动工作面围岩破坏失稳.强采动影响下超前采动应力向采空区倾斜,走向影响范围达到200 m;两侧采动应力向巷道倾斜,倾向影响范围达到15 m.以平行于工作面推进方向的竖直平面为基准,采动应力旋转轨迹经历面外慢速偏离、面外快速靠近和面内协同旋转3个阶段.工作面推进方向对采动应力旋转轨迹具有强烈控制作用,当其与最小地应力方向平行或垂直时,采动应力旋转轨迹呈对称分布形态,2者处于其他空间位置关系时,采动应力旋转轨迹呈非对称分布形态.推进方向与最小地应力方向之间的夹角增大,采动应力面外慢速旋转阶段缩短,快速回旋阶段增长,但面内协同旋转阶段始终落在平行于工作面推进方向的竖直平面.基于围岩裂隙分布特征,实现围岩稳定性的应力方向敏感区识别,裂隙赋存稳定,应力方向敏感区为局部覆盖型;裂隙随机分布,应力方向敏感区转为全区覆盖型.根据应力方向敏感区形态提出了优势采动应力旋转轨迹确定原则,指导推进方向选择与优化,为深部开采围岩控制提供新思路.