硫磺沟煤矿巨厚强冲击煤层掘进工作面超前钻孔卸压失效机理研究

针对巨厚煤层掘进工作面冲击地压防治中出现的大直径钻孔卸压失效现象,以新疆硫磺沟煤矿巨厚煤层掘进工作面频繁发生冲击地压事故为工程背景,采用理论分析、数值模拟等方法,研究了不同厚度煤层工作面掘进、卸压区域的应力分布状态,分别建立了工作面掘进、卸压区域煤岩体“挠曲-冲击”力学模型,揭示了巨厚煤层掘进工作面大直径钻孔卸压失效机理,得到以下结论:薄~特厚煤层和巨厚煤层中实施卸压钻孔形成的水平应力集中区分别位于稳定的顶底板岩层中和煤层中,卸压区域上方形成的煤、岩层梁结构均能保持稳定;巷道掘进导致顶板煤、岩层梁结构跨度急剧增大且产生掘进扰动和应力二次集中,理论计算结果表明,薄~特厚煤层顶板岩层梁结构在卸压和掘进期间均能保持稳定,而巨厚煤层顶板煤层梁结构会发生“挠曲-冲击”失稳,进而诱发掘进迎头频繁冲击。据此提出了优化卸压钻孔布置方式的防治措施。

强冲击倾向性巨厚煤层水平应力致冲分析

以某强冲击巨厚煤层发生冲击事故为工程背景,采用理论分析、数值模拟等方式,分析了冲击案例及水平应力分布情况,水平应力致冲机理:水平应力致使煤层梁发生弯曲,弯曲梁底部受拉应力,当拉应力超出煤层梁的抗拉极限,发生极限弯曲致冲事故,并以此提出了煤层梁极限弯曲判据。同时,对机理进行了数值模拟验证,并基于冲击机理提出了防治措施,降低煤层梁的水平应力集中程度和增强煤层梁综合抗弯强度是解决煤层梁极限弯曲致冲的关键。