多关键层窄煤柱冲击地压发生机理与三级协同防治技术

以门克庆煤矿11-3106工作面为背景,建立了11-3106工作面上覆厚硬覆岩结构破断模型,研究了深部厚硬顶板高强度开采条件下多关键层窄煤柱临空巷道冲击地压发生机理,提出了“钻-爆-压”三级协同卸压防治技术并现场应用,采用震波CT技术、微震监测、支架压力监测和地表沉降观测等多种手段进行了卸压效果验证。研究结果表明:11-3106工作面上覆存在高、低位关键层,当两关键层破断时,均可能造成覆岩大范围运动,临空巷道围岩受动载扰动影响大;窄煤柱承载能力低,使得覆岩载荷向巷道实体煤侧传递,实体煤侧应力增高,是冲击启动的主要区域;在侧向固定支承压力和本工作面移动支承压力叠加作用下,实体煤侧应力集中程度不断升高,受坚硬顶板周期性破断影响,“动静”加载容易诱发临空巷道冲击显现;坚硬顶板既是11-3106工作面系统内高静载力源,又是系统外强动载荷来源。对于11-3106工作面的冲击地压防治,应同时从3个方面入手:(1)弱化煤体,形成冲击发生的缓冲隔离带;(2)预裂低位顶板,减弱煤岩体致密程度,破坏系统内外的蓄能条件;(3)预裂高位顶板,人为诱发中高位关键层破断。开发了“钻-爆-压”三级协同卸压防治技术,现场实施后,降低了高、低位厚硬顶板破断带来的冲击动载,减弱了煤体内高应力区的应力集中程度,高能量微震事件大幅减少,降低了工作面回采期间的围岩活动性,工作面顶板来压强度降低,地面沉降值增加200%,表明“钻-爆-压”三级协同卸压具有良好的“释能减冲”效果,可为类似厚硬顶板条件下窄煤柱工作面的冲击地压防治提供借鉴。