高位硬厚关键层下开采环境对采动应力分布影响特征研究

上覆高位硬厚关键层下开采,采动应力会异常集中。采用数值模拟的方法,研究了上覆硬厚关键层条件下采动应力演化规律,并分析了开采环境对采动应力的影响。研究表明:随工作面回采距离不断增加,工作面前方支承压力不断增长,但增速逐渐放缓,破断后工作面支承压力迅速降低。工作面边界条件和硬厚关键层厚度对采动应力的影响作用较为明显,表现为随相邻采空区数目的增加,破断前应力峰值逐渐增加,破断后应力逐渐降低;随硬厚关键层厚度的增加,工作面前方支承压力峰值逐渐减小,破断后支承压力峰值降低幅度逐渐增加。研究结果可为高位硬厚岩层下开采时冲击地压的预测与防治工作提供一定的理论基础,对于保证工作面的安全生产具有一定的指导意义。

高位硬厚关键层下开采弹性能分布研究

高位硬厚关键层下开采弹性能异常集中,采用数值模拟的方法研究了上覆硬厚关键层条件下弹性能分布特征,并分析了硬厚岩层不同厚度下弹性能分布特征。研究表明:受硬厚岩层的影响,工作面在开采过程中,煤壁前方以及煤壁前方硬厚岩层底部煤岩体处于高能量状态,易发生高能量微震事件;硬厚岩层破断过程中,释放大量的能量,造成煤岩体积聚的能量突然增大;在动力扰动作用下,造成煤岩体强烈震动,容易诱发矿震、冲击地压、压架、煤与瓦斯突出、离层水等重大动力灾害。随着硬厚岩层厚度的增加,破断前后煤壁前方的能量集中程度逐渐减小,硬厚岩层底部煤岩体能量集中范围增加。

一侧采空高位硬厚关键层破断规律与微震能量分布

针对工作面一侧采空边界条件,建立三边固支一边简支高位硬厚岩层板结构力学模型,推导出硬厚岩层破断能量释放公式;通过比较岩板上表面固支边和下表面中部最大拉应力,揭示了硬厚岩层的变形破断规律;并结合现场微震监测数据,分析了高位硬厚岩层下开采微震活动分布特征。研究结果表明:当悬露系数λ<1.024时,硬厚岩层倾向固支侧与下表面中部同时断裂,呈固支侧侧向跨度大于简支侧的竖向偏"O-X"型;否则,硬厚岩层走向固支边首先破断,呈对称的横向正"O-X"型;工作面开采时,小能量微震主要分布在厚关键层下方岩体内,且下方岩体运动易引发相邻采空区的微震活动;大能量微震活动发生在厚关键层破断失稳过程中,主要分布在厚关键层断裂线附近,集中于其内部及下方附近。