煤岩体裂化的弱结构体应力转移原理及应用

人工裂化煤岩体是主动改造煤岩体结构的有效手段,但人工致裂产生的人工裂缝的形态及参数等对于煤岩体结构的改造程度、对应力场的改善程度等,将影响到高应力的转移卸压程度。采用物理实验、数值模拟、理论分析和现场应用等方法,开展了人工裂化煤岩体的力学特性、应力场改变机制及控制方面的研究,得出含人工裂缝煤岩体在不同裂缝类型及参数条件下的力学特性和破坏失稳规律不同,随着裂缝长度、密度的增加或者裂缝角度在30°~45°,试块的弹性模量、强度、能量释放程度均逐渐降低;阐释了人工裂化煤岩体的弱结构体特征,分析了煤岩裂化弱结构体随裂缝长度、角度、间距及组数变化对宏观应力的改变规律,进而提出了基于煤岩裂化弱结构体的应力转移理论框架,建立了煤岩裂化弱结构体应力转移控制流程,给出了基于水力压裂的煤岩裂化控制参数的确定方法;针对淮北矿业祁南煤矿313工作面跨底板大巷回采的动压影响问题,现场实施了水力压裂大巷顶板岩层形成弱结构体卸压的巷道围岩控制方法,水力压裂后孔壁出现了明显的裂缝,跨采期间底板大巷的变形量显著减小,巷道得到了有效控制。