【摘要】：沖擊地壓是煤礦開采中因采動或動載誘發(fā)煤巖體變形能劇烈釋放,并伴隨地下采掘空間煤巖體突然、急劇和猛烈破壞的現(xiàn)象。隨著煤礦開采深度和開采強度的持續(xù)增加,地下開采面臨的構(gòu)造地質(zhì)條件日趨復(fù)雜,我國越來越多的煤礦開始出現(xiàn)沖擊地壓現(xiàn)象,破壞性沖擊地壓頻繁發(fā)生且日益嚴重。沖擊地壓的孕育和顯現(xiàn)是構(gòu)造特征和地層特征在采掘動態(tài)平衡過程中能量穩(wěn)定態(tài)積聚及非穩(wěn)定態(tài)釋放的結(jié)果,是煤巖體性質(zhì)、地質(zhì)特征和開采技術(shù)條件的綜合反映,同時該問題具有明顯的時空演化特征。義馬礦區(qū)是沖擊地壓的高發(fā)礦區(qū),且沖擊地壓多發(fā)生在回采巷道,巷道沖擊地壓的本質(zhì)是巷道圍巖在高應(yīng)力作用下的突然失穩(wěn)、變形和破壞。向斜構(gòu)造應(yīng)力、斷層構(gòu)造應(yīng)力、上覆巨厚礫巖局部離層斷裂垮落造成巷道的非均勻應(yīng)力和開采擾動是義馬礦區(qū)回采巷道沖擊地壓發(fā)生的主要影響因素。運用現(xiàn)場調(diào)研、相似模擬試驗、數(shù)值計算和現(xiàn)場工業(yè)性試驗相結(jié)合的方法,深入研究構(gòu)造與巨厚礫巖耦合條件下回采巷道沖擊地壓機制及防治技術(shù)。主要工作與創(chuàng)新點如下:(1)針對義馬礦區(qū)11個典型工作面發(fā)生的89次沖擊事件進行統(tǒng)計分析,得出了義馬礦區(qū)沖擊地壓以回采巷道沖擊地壓為主,沖擊引起的回采巷道變形破壞以底鼓為主。(2)設(shè)計了具有義馬礦區(qū)向斜、斷層和巨厚礫巖地質(zhì)特征的相似模擬試驗,并采用數(shù)字散斑全位移場監(jiān)測、應(yīng)力場監(jiān)測和能量場監(jiān)測,研究了采動影響下距工作面不同距離和距斷層不同距離回采巷道圍巖沖擊特性及失穩(wěn)變形破壞特點,并分析了巨厚礫巖離層斷裂時巷道圍巖變化規(guī)律和斷層滑移活化時巷道圍巖變化規(guī)律。(3)建立了具有向斜、斷層和巨厚礫巖特征的數(shù)值模型,研究了采動影響向斜作用下巷道圍巖沖擊特性(巷道圍巖的應(yīng)力場、能量場、位移場和塑性區(qū)(三場一區(qū))是巷道圍巖沖擊特性的表現(xiàn)形式),對比分析了向斜軸部和翼部回采巷道圍巖沖擊特性異同;研究了采動影響斷層作用下巷道圍巖沖擊特性,對比分析了斷層下盤和上盤回采巷道圍巖沖擊特性異同;研究了采動影響巨厚礫巖作用下回采巷道圍巖沖擊特性,從不同礫巖厚度條件下對比分析回采巷道圍巖沖擊特性;研究了采動影響構(gòu)造與巨厚礫巖耦合條件下回采巷道圍巖沖擊特性,對同時間不同地點距工作面不同距離回采巷道圍巖沖擊特性、同地點不同時間距工作面不同距離回采巷道圍巖沖擊特性和距斷層不同距離回采巷道圍巖沖擊特性分別進行詳細分析。(4)提出了構(gòu)造與巨厚礫巖耦合條件下回采巷道沖擊地壓機制、義馬礦區(qū)回采巷道沖擊地壓綜合防治體系和具體防治措施,并對回采巷道強力柔性支護體系、U型鋼聯(lián)合支護體系和錨桿支護體系進行評價總結(jié),依據(jù)應(yīng)用實踐得到的回采巷道沖擊地壓前兆規(guī)律,得出強力柔性支護體系在防沖巷道支護中對巷道圍巖應(yīng)力場、能量場和位移場的關(guān)鍵控制作用明顯優(yōu)于U型鋼聯(lián)合支護體系和錨桿支護體系,且可以很好地適應(yīng)并控制巷道圍巖變形,對構(gòu)造與巨厚礫巖耦合條件下回采巷道沖擊地壓防治起到積極且顯著的作用。

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