综放开采上覆巨厚坚硬岩层垮落失稳诱发冲击地压机理研究

目前我国大多数安全高效矿井采用综采放顶煤采煤法。综放开采技术在我国厚煤层老矿井技术改造和新矿井建设中得到了广泛的应用。当前世界主要采煤国都不同程度地受到冲击地压（金属矿井称为岩爆）的威胁，随着开采深度和开采规模的增大，矿压显现和冲击地压问题日益严重，特别是巨厚砾岩层下综放开采出现的冲击地压已严重影响到矿井的安全生产。该项目基于义马矿区千秋煤矿综放开采上覆存在巨厚坚硬砾岩层地质条件，电镜扫描分析巨厚砾岩层矿物成分、组构，研究岩石断裂细观力学机制。采用物理模拟、数值计算和理论分析方法，研究顶板煤岩体冲击倾向性和采动引起上覆巨厚砾岩层离层变形以后，顶板砾岩层岩体积蓄大量的弹性能，建立综放开采上覆巨厚砾岩层垮落失稳诱发冲击地压的力学模型，在此基础上提出巨厚砾岩层垮落失稳模式和失稳诱发冲击地压发生的机理，提出有效预防冲击地压发生的措施。研究结果为综放安全高效开采提供理论指导。

义马矿区千秋煤矿位于义马煤田中部，井田深部采用综采放顶煤采煤法，开采侏罗系缓倾斜特厚煤层，煤层上覆一层巨厚层砾岩层，砾石成分以石灰岩为主、次为石英岩和石英砂岩，层理不发育。该岩层坚硬、整体性能好，可以大面积悬顶而不垮落。当采面推进300~700m以后时，有可能诱导综放面巷道发生冲击地压，甚至造成人员伤亡事故，严重影响到综放面的安全高效生产。为此项目采用现场观测、实验室试验、数值计算和理论分析等方法，较全面系统地研究了千秋煤矿煤层上覆巨厚砾岩层的赋存特征、综放工作面矿压显现规律，以及综放工作面回采巷道发生冲击地压机理及前兆信息等。得到了放顶煤采场垮落带和裂隙带的高度、上覆岩层移动规律；利用薄板理论和弹性梁理论，研究了巨厚砾岩层变形力学特征：随着回采空间的不断增大，煤层上覆巨厚砾岩层发生初次断裂和周期性断裂，有可能诱发冲击地压。利用微震监测系统确定了冲击地压发生的前兆信息：冲击地压发生前后冲击能量及微震事件频次的变化具有一定的规律性。实施煤层注水、钻孔卸压和加强支护等措施，可以有效地预防冲击地压的发生。研究成果对于预测和预防巨厚砾岩层下综放面冲击地压的发生，保证义马矿区综放工作面安全生产具有重要的理论和应用价值。