近直立煤岩层层裂压曲破坏诱冲机理

摘要

近直立煤层的地质条件和开采方式与近水平、缓倾斜及倾斜煤层差异显著，其煤岩层破坏与运动特征尚未完全揭示，诱冲机理仍需进一步研究.针对上述问题，本文综合采用案例分析、数值模拟、理论推导、现场探测与工程应用等方法，开展了近直立煤岩层层裂压曲破坏诱冲机理研究.结果表明，在近直立煤层内，水平应力显著集中而垂直应力卸荷；采空区内，近直立岩层及巷道两帮围岩的水平应力卸荷而垂直应力变化较小，复杂应力演化下煤岩层发生沿层理裂隙的层裂破坏.层裂破坏后，近直立顶板在自重应力驱动下发生压曲变形，并且受弹性模量、岩层宽度、开采深度等因素影响，不同顶板间的挠度差异显著，导致临空岩层形成有层次的压曲结构并破断，表现为自上而下、由表及里的倾倒垮塌破坏运动特征；近直立底板在自重应力沿倾向分力驱动下向下滑移，并在采空区中下部发生层裂压曲破断，地表发生阶梯式滑移破坏；煤层在水平压应力作用下形成水平向层裂压曲结构；近直立顶底板现场地表大地电磁法探测结果和巷道围岩探测结果验证了近直立煤岩层层裂压曲破坏特征.近直立岩层层裂压曲破断后释放其积聚的能量，形成动载扰动并传播至工作面，动载扰动使煤层层裂压曲结构受到的轴向挤压或垂向拉作用增大，当超过其临界强度时将诱发冲击显现.基于诱冲机理，提出了调控煤岩层层裂压曲破坏的防冲原理和方法，优化设计了防冲措施并进行现场应用，应用结果表明，工作面高能级微震事件频次降幅达86.89%、大能量事件能量降幅92.44%，取得较好防冲成效.研究成果可为相似条件矿井的冲击地压防治提供指导.

关键词

近直立煤岩层 / 应力特征 / 层裂破坏 / 压曲结构 / 冲击地压