底煤厚度对巷道底板冲击启动的影响规律研究

摘要

近年来，巷道底板冲击地压灾害频繁发生，严重制约深部矿井安全高效开采。现场统计资料表明，煤矿由于地质及采掘技术条件等限制因素会留有厚度不等的底煤，是影响底板冲击启动的重要因素。论文综合采用真三轴试验、数值模拟、理论分析、现场实测相结合的手段，研究底煤厚度对掘进巷道底板冲击力源分布、应力传递、启动过程等的影响机制。得到如下主要成果： （1）来自底板煤岩层的组合煤岩体真三轴试验表明：岩样是主要弹性能贮存体，而煤样是主要动力释放显现体。煤样较薄（煤样与岩样比例为 1:2）或者偏厚（比例为 2:1）时，均会极大程度地增强组合煤岩体动力破坏可能性。当煤厚比例为0.33、0.67时，组合体试样动态破坏时间较低、冲击能量指数较高，试样整体冲击倾向性较高。 （2）留底煤巷道掘进数值模拟分析表明：底板横向应力场集中程度相对轴向、垂向应力场更为显著，其应力集中系数约是后两者的 1.4 倍左右，底板横向应力场是煤岩冲击破坏的主导力源因素。 （3）底板煤岩层叠体梁挠曲破坏力学模型分析认为：随着底煤厚度的增加，底煤积聚弹性能逐渐增加，增加梯度与底煤厚度4次方的倒数具有负相关关系。 （4）巷道掘进时，底板岩层是主要的冲击动力能贮存体，而底煤是主要的动力释放显现体。底煤厚度变化会影响底板潜在冲击启动区、潜在冲击能量传递区、潜在冲击地压显现区的范围、能量贮存程度、能量传递能力以及这三者之间的空间依存位置，进而影响底板冲击的概率和范围。随着底煤厚度的增加，底板冲击启动的趋势性逐渐增强，当底煤厚度增加到 2m 时，其对底板冲击启动的影响梯度趋于零值。 （5）冲击地压煤层在掘进巷道时应避免留设底煤，必须留底煤时，底煤厚度不应超过2m。留底煤底板卸压时，应针对底板岩层采取解危措施，阻断应力传递路径，弱化底板冲击启动趋势。论文研究结论在现场进行了应用分析，底板解危效果良好。

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