综放开采上覆巨厚砾岩层离层和断裂力学模型及其应用_中国煤炭行业知识服务平台

综放开采上覆巨厚砾岩层离层和断裂力学模型及其应用

作者

翟新献赵晓凡翟俨伟钱红亮刘勤裕任柱安郭钊洋
单位

河南理工大学能源科学与工程学院中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院河南大有能源股份有限公司耿村煤矿
摘要

放顶煤开采上覆巨厚砾岩层变形移动直接影响到采场矿压显现，上覆巨厚砾岩层断裂下沉造成综放面出现大能量微震事件.基于河南省西部矿区某煤矿13230综放面地质采矿条件，利用相似模拟试验和理论分析研究了综放开采上覆巨厚砾岩层离层和断裂力学模型.基于巨厚砾岩层发育特征，以中部弱面为界将其划分为下位和上位砾岩层.相似模拟得到了综放开采砾岩层与下伏岩层之间离层的时空演化规律，将离层演化过程划分为“孕育阶段—加速阶段—缓慢扩展阶段—稳定阶段”4个阶段；模拟得到了砾岩层初次和周期垮落体为四棱柱体，推出了垮落体对综放面冲击能量计算式；建立了综放开采巨厚砾岩层离层和断裂力学模型，推出了离层量和砾岩层初次垮落步距计算式.现场微震系统监测结果表明，巨厚砾岩层下、上位砾岩层的初次和周期垮落产生的震动场都将对综放面煤岩体产生冲击，在综放面前方煤岩体出现大能量的矿震，其中下位砾岩层断裂时对综放面冲击最严重.研究结论对巨厚砾岩层下综放开采时地面减沉和井下冲击地压预测防治具有重要的指导意义.
关键词

特厚煤层综放开采巨厚砾岩层离层变形移动矿震
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金项目(51574110,52074102)；河南省重点研发与推广专项项目(222102320143)；
文章目录

1 综放面地质条件和井田巨厚砾岩层特征
1.1 综放面地质采矿条件
1.2 井田砾岩层特征
2 砾岩层变形移动相似模拟研究
2.1 相似模型和模拟参数确定
2.2 模拟试验结果
2.3 模拟试验结果分析
2.3.1 砾岩层离层演化扩展规律
2.3.2 离层计算力学模型
2.3.3 垮落体垮落失稳对综放面煤岩体冲击
3 巨厚砾岩层初次断裂步距及微震活动
3.1 巨厚砾岩层初次断裂步距计算
3.2 矿震活动与砾岩层断裂垮落之间的关系
3.3 支架工作阻力与砾岩层断裂垮落之间的关系
4 结论
引用格式

翟新献,赵晓凡,翟俨伟,钱红亮,刘勤裕,任柱安,郭钊洋.综放开采上覆巨厚砾岩层离层和断裂力学模型及其应用[J].中国矿业大学学报,2023,52(02):241-254.DOI:10.13247/j.cnki.jcumt.20210788.