浅埋近距离煤层工作面过三角形斜交煤柱开采应力演化规律研究

针对浅埋近距离煤层工作面过上覆三角形遗留煤柱开采,存在顶板局部来压强烈和区段煤柱应力集中导致的巷道大变形等问题,以寸草塔二矿31109工作面为研究背景,采用现场实测、数值计算和理论分析相结合的方法,研究过三角形煤柱两次采动叠加应力的大小和范围的演化规律,揭示两次采动区段煤柱压力变化规律和相邻巷道破坏机理,明确巷道加强支护的范围和重点支护范围与时机。研究结果表明:上覆三角形斜交煤柱对其下方工作面煤层形成应力集中,最大应力位置位于斜交区段煤柱之下;当下煤层31206工作面开采后,31109区段煤柱应力上升为最大应力,应力峰值区位于与上覆斜交区段煤柱叠合区附近,峰值区宽度为240 m,对应该区域巷道变形破坏较明显。31109工作面开采过程中,在工作面煤壁与上覆斜交煤柱叠加区和工作面区段煤柱与上覆斜交煤柱叠加区存在应力峰值区,形成应力双峰;随着工作面推进,双峰应力不断升高,且煤壁应力峰值区逐步向区段煤柱方向移动,当工作面推进到区段煤柱叠加区时,双峰合并为更高的单峰应力;在工作面出斜交煤柱时区段煤柱应力达到最大,出煤柱叠加区后应力迅速减小;总体上,31109工作面开采后区段煤柱应力峰值区最大应力高56%,峰值区范围扩大50%。区段煤柱应力升高的机理是随着工作面的推进,上覆三角形斜交煤柱尺寸不断减小,应力集中程度不断提高;当工作面推进到三角形煤柱端区时,斜交煤柱应力、工作面超前支承压力、区段煤柱应力相互叠合,形成区段煤柱应力峰值区,在工作面出煤柱时(三角形煤柱尖端)形成应力核区,引起该区段煤柱变形和巷道破坏。据此,提出在31109工作面开采前,对应力峰值区和核区巷道进行锚索和注浆补强支护,现场工业性试验取得良好效果,保障了31109工作面过三角形斜交煤柱区安全回采。