孤岛工作面危险性分析.docx

孤岛工作面危险性分析 曹现磊 矿业工程学院 中国矿业大学 徐州 210008 摘要： 本文围绕孤岛工作面开采前后，覆岩断裂破坏特征及孤岛煤体支承压力分布规律等得出了孤岛冲击倾向性煤层发生冲击地压的固有属性和力学条件，建立了孤岛煤柱冲击地压模型，详细分析了孤岛煤柱在不同力学条件下的各类破坏方式。根据冲击地压显现特征，综合分析了孤岛煤柱冲击地压的影响因素。应用矿山压力的理论，计算了煤柱顶底板的应力分布，结合不同宽度煤柱的应力特点，给出了孤岛煤柱的三类应力分布规律:一般应力分布、马鞍型应力分布、拱型应力分布。应用软件，对不同宽度的煤柱进行了模拟计算研究，验证了孤岛煤柱的应力分布规律。基于孤岛煤柱应力分布规律，综合利用钻屑法理论、数值模拟研究成果，采用距离修正指标，针对孤岛煤柱弱面滑移型、煤柱压垮型、底板破坏型、底板参与型的破坏方式，提出了具体的分类方法来评价孤岛煤柱的冲击危险性，并给出了各个评价方法的评价指标。结合本文研究成果，为现场的冲击地压危险性评价提供了理论依据，并完善了孤岛煤柱冲击地压危险性评价理论与方法。 关键词:孤岛工作面 上覆岩层破坏 冲击地压 危险性 1绪论 1.1问题的提出及研究意义 我国的煤炭资源条件较差，90%以上的煤炭产量来白于地下开采。经过长期大规模的采掘活动，我国中东部产煤区的浅部煤炭资源己逐渐枯竭，日前平均开采深度己达600米左右，并且以每年8一12米的速度向下延伸。虽然我国西部地区浅部煤炭资源相当丰富，但水资源缺乏、生态环境脆弱，同时也受到交通运输等外部条件制约，煤炭开采十分困难。尽管国家很早就提出“巩固东部发展西部，的煤炭工业发展战略，但煤炭开发重心西移的方案在近期内难以实现。所以，除了开采技术的提高和煤矿资源开采向深部的转移之外，孤岛工作面的开采对于煤炭资源回收率的提高具有十分重要的战略意义和经济意义。 1.2选题的背景及意义 为了避免连续工作面之间的干扰和安全开采的需要，采区内工作面之间有时需要采用跳采接续方式。另一方面，由于煤层开采的地质条件限制，如断层等构造的存在，切割了煤层的连续性，全国各大矿区都普遍存在着多种形式的孤岛工作面，有时为两面采空的孤岛工作面，有时为三面采空的孤岛工作面以及四面采空的孤岛工作面。由于孤岛工作面开采顶板控制难度很大，同时也给工作面的快速推进带来较大的困难。孤岛工作面安全高效生产将会遇到下列突出问题：第一，孤岛工作面由于容易产生应力集中，来压强度提高，采用常规的措施将不能对工作面围岩实施有效控制，影响工作面的快速推进;第二，围岩破坏严重，巷道支护困难，覆岩离层和断裂现象十分明显，采用己有一的巷道布置和支护技术体系，难以有效地控制孤岛开采顺槽巷道围岩变形量，影响工作面正常回采;第三，孤岛工作面上覆岩层运动规律和采场矿压显现规律与非孤岛开采条件有很大差别，目前有限采动条件下孤岛工作面两侧覆岩处于非充分采动状态，孤岛开采将对本工作面及相邻工作面覆岩结构特征产生重大影响，极容易发生冲击地压。所以，孤岛工作面矿压显现剧烈，围岩破坏严重，回采巷道支护比较困难，在孤岛工作面开采的过程中，煤与瓦斯突出、煤层自燃、冲击地压、巷道布置、巷道支护、顶板管理等一系列问题一直是制约煤矿安全生产的头等大事。由于问题的复杂性，日前为止，对孤岛工作面高应力冲击地压的研究还没有建立符合实际的冲击地压发生及破坏过程的理沦，影响了对孤岛工作面高应力冲击地压的预测、预报及防治方法的开展。因此，正确分析孤.岛工作而发生冲击失稳的主要因素，研究冲击地压发生时上覆岩层运动和破坏特征、支承压力分布规律及其对开采的影响，采取有效的手段控制工作面顶板和巷道变形是确保孤岛工作而安全开采的关键问题。本文通过现场调杏分析了地质构造、工作面开采深度、煤岩体物理力学特性、工作面开采条件对孤岛工作面发生冲击地压的影响规律，确定了巷道顶板受工作面动压影响的剧烈的区域;运用强度理论、能量理论研究了工作面不同埋深、不同地应力场、不同煤层厚度和煤岩体材料的各向异性对孤岛工作面冲击地压的影响特征特征，分析了孤岛工作面应力场和能量场的变化规律，结合现场监测结果，确定了孤岛工作面发生冲击失稳的危险区域;研究了孤岛工作面回采过程中不同煤柱宽度情况下煤柱应力场、位移场和塑性破坏区的变化规律，对孤岛煤柱发生冲击失稳的可能性进行了动态预测。采用数值分析方法研究了在工作面回采过程中，在顺槽巷道采用超前卸压孔的卸压效果，分析了布置孔径d，孔间距a和孔深1的优化参数。本文的研究对于孤岛工作面安全开采和煤柱保护具有科学意义和工程指导价值。 1.3国内外研究现状 1）孤岛工作面冲击地压失稳理论研究现状 关于孤岛工作面发生冲击地压的理论分析主要有孤岛一顶板受力系统的失稳机理、主关键层理论以及突变理论等。将孤岛工作面和顶板作为受力系统分析其失