冲击地压矿井充填工作面超前采动应力对充填体充实率的反馈机制

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 4; pp. 1804 - 1818
• Main Authors: 王兆会, 陈明振, 李强, 王伟, 李增强, 徐德生, 郑晓晨, 孙少龙, 吴传平, 郭心洋, 安君琦
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083%济宁市能源局,山东济宁 272000%兖矿能源集团股份有限公司山东煤炭科技研究院分公司,山东济南 250117%山东东山古城煤矿有限公司,山东济宁 272000%冀中能源峰峰集团有限公司梧桐庄矿,河北邯郸 056011 01.04.2024
• Subjects: mining-induced stress; 反馈机制; rock burst; 充填开采; 冲击地压; 坚硬顶板; backfilling mining; hard roof; 采动应力; feedback mechanism
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.XR23.1560

TD324%TD823.7; 高应力是深部矿井冲击地压灾变频率走高的主要原因,充填开采则是控制岩层运动,缓解采动应力集中程度,降低围岩破坏和冲击风险的有效手段.为研究采空区充填体对超前采动应力的控制能力,以山东古城煤矿1123充填工作面为工程背景,采用理论分析、室内试验、现场实测手段探究充填开采工作面采动应力分布规律,揭示超前采动应力对充填体充实率的反馈机制,指导冲击地压矿井充实率确定.结果表明:工作面开采初期充填体充实率低于80％,坚硬顶板下沉量大,超前采动影响范围大于30 m,应力集中系数达到1.5,断层影响区采动应力影响范围和集中系数分别增至60m和1.65,片帮冒顶等围岩失稳现象增多;实测了采空区充填体承载应力全程动态演化特征,承载应力分布曲线划分为"快速降低—短暂稳定—快速升高—缓慢降低—二次稳定"5个阶段,低充实率条件下采空区上、中、下3个区域承载应力稳定值分别为1.9、5.2、2.8 MPa;将采空区充填体划分为非充分压实区和充分压实区,构建了充填体支撑作用下坚硬顶板连续沉降模型,得到了坚硬顶板"(z)"型沉降曲线,非充分压实区范围随充实率近似呈线性减小;试验得到充填体弹性模量和单轴抗压强度随凝固时间的演化曲线,结合顶板沉降曲线和推进速度得到工作面前后采动应力全区域分布曲线;建立了超前采动应力集中程度与充填体承载能力的负指数函数关系,揭示了超前采动应力对充填体充实率的负向反馈机制,实现充填开采降载防冲效果的定量评价;提出了充填体充实率"三位一体"协同提升措施,将1123工作面充实率升高至90％,增强了充填体承载能力,超前采动应力集中系数降至1.3,厚顶煤膨胀变形量减少至50mm,坚硬顶板破断致冲风险显著降低.