临断层区下层煤外错工作面冲击矿压防控技术研究

摘要

多煤层工作面开采时，上下两层工作面多呈错动式布局（内错式和外错式）。下层煤回采至大断层附近时，易形成临断层错动工作面。张双楼煤矿9煤层的9119工作面位于7煤层7119工作面采空区和F9大断层保护煤柱正下方，靠近F9大断层，在回采9119工作面时，不仅受到上层7煤断层煤柱的高静载作用，还受到F9大断层及多层煤覆岩的强动载作用，形成了临断层区下煤层外错工作面，冲击危险较高。基于此，本文以张双楼煤矿9119工作面（临断层区下煤层外错工作面）为研究对象，首先采用分析研究了临断层区下煤层外错工作面的应力场及结构稳定性特征，然后以9119工作面地质概况为背景进行数值模拟，设计了临断层侧巷道的合理布置位置，并结合微震监测数据分析了临断层区下煤层外错工作面微震活动规律，最后提出了临断层区下煤层外错工作面冲击矿压的防控对策并进行现场应用。得出如下结论： （1）理论分析了临断层外错工作面的应力场和结构稳定性特征。断层区下煤层外错9119工作面应力场主要是由自重应力场、支承应力场和构造应力场构成，覆岩层结构呈短臂“T”型结构和短臂“F”型结构，其动静载来源主要为：7煤覆岩运动的动载荷、断层滑移的动载荷、9煤覆岩运动的动载荷、7煤断层煤柱的静载荷和9煤断层煤柱的静载荷，多场多载荷叠加后冲击危险位置主要集中在见方、断层、褶曲、停采线附近。 （2）优化了断层区下煤层外错9119工作面巷道的布置位置。FLAC3D数值模拟结果表明，距离断层40~100m的7煤煤柱下方应力高，静载大；布置的回风平巷与断层越近，巷道掘进前后应力变化越明显；回风平巷布置位置的选择对掘进期间断层煤柱区应力的影响较小，对回采期间巷道的应力有一定影响，其整体应力增加20%~30%。从断层滑移量角度分析，回风平巷与断层的距离越大，断层滑移量越小。综合考虑断层滑移量、断层煤柱区、回风平巷应力分布等因素，建议将巷道布置在距离断层较远的煤柱下方，与断层距离保持在50~70m之间。 （3）基于断层区下煤层外错9119工作面采掘期间微震数据分析得到了9119工作面微震活动规律。临断层区下煤层外错9119工作面掘进期间，矿震主要集中在巷道掘进前半段及两条断层中间位置，巷道后半部分矿震数量较少；回采期间，矿震主要集中在回风平巷，矿震数量明显大于运输平巷，且主要位于0~300m和510~704m范围内，前部分范围为煤柱影响，后部分范围主要为煤柱和断层的综合影响区。 （4）结合断层区下煤层外错工作面冲击特征，得到了针对9119工作面的冲击矿压防控技术。采用掘进全断面卸压、煤柱边缘区冲击防控技术、回采坚硬顶板切割技术以及采用合理的回采速度等技术，在实际工程中可以有效降低大能量矿震发生几率。 本论文研究成果能够有效地指导9119工作面的安全高效生产。同时也为相关的临断层外错工作面防冲设计提供理论支撑和技术指导。 本论文有图41幅，表14个，参考文献90篇。

目录

声明

论文审阅认定书

致谢

图清单

表清单

变量注释表

1绪论

1.1研究背景及意义（Research Significanceand Backgroundof Thesis）

1.2.1冲击矿压发生机理研究现状

1.2.2断层型冲击矿压研究现状

1.2.3煤柱型冲击矿压研究现状

1.2.4冲击矿压监测研究

1.3主要研究内容（Main Research Contents）

（1）临断层外错工作面应力及冲击力源研究

（2）临断层外错工作面巷道优化布置研究

（3）临断层外错工作面微震活动规律

（4）临断层外错工作面冲击矿压防控技术实践

1.4技术路线（Technical Route）

2临断层区下层煤外错工作面应力及结构分析

2.1.1地质概况

2.1.2矿井冲击危险性概况

2.2工作面应力场及覆岩特征分析(Analysis of Stress Field and Overburden Characteristics of Working Face)

2.2.1工作面应力场特征

2.2.2 工作面覆岩特征

2.3工作面动载源和静载源分析(Analysis of Dynamic and Static Load Sources in Working Face)

2.3.1动载源

2.3.2静载源

2.3.3动静载诱冲特征

2.4 本章小结(Summary)

3临断层区下层煤外错工作面巷道优化布置

3.1.1计算模型

3.1.2模型计算参数

3.1.3模型计算过程

3.2.1回风平巷所在断层煤柱区应力

3.2.2布置方案对掘进影响

3.2.3布置方案对回采影响

3.3回风平巷的合理位置(The Reasonable Position of Tailgates)

3.4 本章小结(Summary)

4临断层区下煤层外错工作面微震活动规律

4.1.1震源的平面分布特征

4.1.2震源剖面分布特征

4.1.3震源能量时空演化特征

4.2回采期间微震活动规律(Microseismic Activity Law during Mining)

4.2.1 震源分布特征

4.2.2震源能量时空演化特征

4.2.3 CT波速反演

4.3 本章小结(Summary)

5临断层区下煤层外错工作面冲击矿压防控技术

5.1.1技术作用机理

5.1.2工程参数

5.2煤柱边缘区冲击防控技术(Rockburst Preventionin Coal Pillar Edge Zone)

5.2.1技术作用机理

5.2.2工程参数

5.3回采坚硬顶板切割技术(Cutting Technology of Hard Roof in Mining)

5.3.1技术作用机理

5.3.2工程参数

5.4.1技术作用机理

5.4.2合理回采速度

5.5措施总结(Summary of Measures)

5.6.1冲击矿压情况

5.6.2矿震情况

5.7 本章小结(Summary)

6主要结论

参考文献

作者简历

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