残留煤柱下急斜煤层顶板破坏过程中能量演化特征研究

摘要

顶板破坏过程中能量演化研究对急斜煤层动力灾害预报至关重要。紧绕顶板破裂诱致能量演化问题，以碱沟煤矿急斜煤层顶板为研究对象，采用理论分析、数值计算、物理模型实验与现场监测等综合探究方法，开展残留煤柱影响下急斜煤层顶板破坏过程中能量演化特征研究，为动力灾害预测提供科学依据，研究如下： 1、完成了，急斜煤层能量演化理论分析与数值计算。急斜煤层顶板积储的能量主要以可释放应变能为主，随着顶板岩体强度逐渐减小，能量释放速率必然增加：受残留煤柱影响，开挖前顶板能量分布特征主要为从顶部到底部能量逐渐增加，开挖后顶板在不同空间位置上的能量释放特征具有差异性，距工作面13m左右区域内能最释放值最大。 2、构建了急斜煤层顶板能量演化物理模型实验。实验过程中声发射信号与红外热最同时变化，且呈缓慢与快速演化特征，红外热像出现热量异常区迁移：实验过程中声发射数据与红外热量时序演变特征的实质为顶板破坏过程中能量非均匀释放，进而形成缓慢与加速变化的时-空演变过程，其中缓慢变化最长持续40s，加速变化最短持续14s。 3、开展了急斜煤层顶板破坏过程中能景演化现场监测。现场监测的声发射与微震数据均经历了缓慢变化与加速变化，与此同时破裂最大高度值的变化趋势中出现破裂高度集中区间，其主要分布在距工作面较近的地方：综合剖析能量、频次与破裂高度的时序演变特征，揭示了急斜煤层顶板破坏过程能量经历了缓慢变化与加速变化时-空演化过程，且离工作面约13m以内区域能量释放值较大，每日累计能最值最大可达2.522x106J，能量加速释放的过程中顶板极易断裂失稳并诱发动力灾害。 研究结果在急斜煤层顶板破坏过程中能量演化问题方面具有较好的科学依据及实用价值，这为现场灾害预测提供科学依据。

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