坚硬顶板断裂释放能量及其对煤层扰动影响研究

王同旭; 周永晖; 江东海

doi:10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.04.004

山东科技大学学报（自然科学版） ›› 2022, Vol. 41 ›› Issue (04) : 30 -38. DOI: 10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.04.004

坚硬顶板断裂释放能量及其对煤层扰动影响研究

王同旭, 周永晖, 江东海

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摘要

估算和评价坚硬顶板断裂对采煤工作面煤壁稳定性的影响，是煤矿开采中亟需研究解决的课题。引用坚硬顶板断裂震源函数，获得坚硬顶板断裂应力波速度时程曲线，估算顶板断裂震源能量，分析顶板厚度及顶板强度的影响特征；在FLAC^3D数值模型中设置结构面，模拟基本顶破断及下方直接顶受迫断裂，在此基础上引入顶板断裂应力波速度时程曲线，从扰动能量角度对采煤工作面煤壁稳定性进行动力学模拟分析。研究结果表明：顶板断裂震源应力波主要受断裂顶板厚度和顶板强度的影响，且随着断裂顶板厚度和强度的增大，应力波最大振幅增大、震源释放能量增加；坚硬顶板断裂对下方采煤工作面的影响主要集中在煤壁前方0～6 m,特别是0～2 m范围内。回归出了断裂震源能量对煤壁前方0～2 m范围扰动能量传递率表达式。分析表明，断裂扰动后煤壁前方发生岩爆的剧烈程度等级增加，且扰动后煤壁前方极限平衡区能量增幅达26%～32%,易发生煤壁失稳甚至冲击性破坏。