弱胶结含厚砾岩层覆岩联动失稳机制及矿压调控研究

摘要

西部地区广泛分布弱胶结软岩,该条件下当煤层上方存在强度相对较高的厚层砾岩时,砾岩层破断对整体矿压影响显著。为解决弱胶结含厚砾岩层采场强矿压控制难题,采用现场监测、理论分析、相似材料模拟及数值模拟相结合的研究方法,获取西部弱胶结含厚砾岩层条件下采场矿压显现特征,揭示厚砾岩层对采场覆岩失稳的主控驱动作用,提出弱胶结厚砾岩层采场矿压调控技术,并进行现场应用。结果表明:(1)工作面初采阶段出现“轻微→剧烈→轻微”阶段性矿压显现趋势,结合覆岩赋存特性确定采场上方厚砾岩层为强矿压显现主控岩层;(2)建立覆岩“传递岩梁+砾岩岩板”结构力学模型,揭示砾岩层破断驱动下采场覆岩呈现空间上“基本顶→砾岩层→砾岩层上方岩层”递次联动失稳、时间上基本顶“大–小循环周期性”及砾岩层上方岩层“瞬时性”失稳特征;(3)基于分析强矿压显现影响因素提出砾岩破断位置系数ζ用于描述砾岩层破断位置向采空区转移程度,覆岩破断系数越小,对应覆岩破断位置更靠近采空区,矿压显现程度越弱;(4)提出以砾岩层破断位置调整为导向、支架初撑力及工作面推采速度优化为手段的强矿压调控关键技术,通过数值模拟及现场实际将初撑力与推采速度优化为31.8 MPa及8 m/d,现场应用效果明显。