分层分采层间坚硬岩层破断致灾机理及防控技术

针对分层分采层间坚硬岩层破断诱发动力灾害的复杂难题,通过运用物理相似模拟试验与力学分析结合的方式,深入分析新疆宽沟煤矿B_(2)与B_(4-1)煤层之间的坚硬岩层受双重回采影响下的破断演化过程,发现层间坚硬岩层破断致灾机理源于其悬臂结构的破断释能,建立层间岩层悬臂梁结构模型,推导出层间岩层临界破断状态下的挠曲线及转角方程,得出层间岩层破断的致灾总能量、悬臂结构强度和覆岩载荷三者间的关系。结果表明:覆岩越重,其施加于悬臂结构的致灾能量就越大,悬臂结构越长,其聚集的弹性能就越多,而悬臂结构越坚硬,则其破断释放的能量越多,这三者的相互作用,会导致层间坚硬岩层破断时诱发动力灾害。由此,提出爆破切顶措施,有效扩展需破断岩体的原生裂隙及结构弱面,降低坚硬岩层的轴向强度,破坏岩层的完整性,使得大范围悬顶事件基本杜绝,为矿井后续安全开采提供保障。

特殊条件下层间岩层对上行开采的影响分析

以龟兹矿业西井A6-103上行工作面具有的特殊采掘地质条件(即采动影响系数小和层间岩层坚硬)为工程背景,通过理论分析与数值模拟相结合的方法,建立了下部采空区边界处"悬空结构"的力学模型,并推导出该结构二次失稳的形式及其判据,认为"悬空结构"保证了上部煤层的连续性,在一定程度上有利于上行工作面的回采,但是该结构在上行工作面超前支承压力影响下的二次失稳将会给上行工作面的安全回采带来较大的安全隐患。此外,通过相似模拟的方法,分析研究了上行开采过程中采场围岩的破断形态,验证了下部采空区边界"悬空结构"的存在及其对上行工作面回采过程的利弊影响。

近距离煤层坚硬顶板上行开采可行性论证与实践

鉴于上行开采影响因素复杂,根据新疆龟兹矿业西井近距离煤层坚硬顶板等具体地质采矿条件,首先基于传统的比值判别法、"三带"判别法、数理统计法和围岩平衡法的初步判别,再进一步通过井下探测、相似模拟和数值模拟及工程类比等方法,论证了上行开采的可行性。结果表明:尽管上下煤层层间距近,不能满足比值判别法中采动影响倍数的要求,但鉴于层间坚硬岩层的控制作用,该矿上行开采是可行的。现场开采实践证实了上行开采也是可行的。