动载扰动下深部大断面硐室围岩“帮-顶”联动失稳机理

动载扰动下深部大断面硐室围岩结构性破坏与失稳是大型现代化煤矿面临的突出问题。以新巨龙煤矿井下典型煤矸分选大断面硐室为背景,基于FLAC3D模拟软件研究了动载扰动与高静载应力叠加下典型大断面硐室围岩变形破坏演化过程,揭示了典型动载扰动下深部大断面硐室“帮-顶”联动失稳机理,提出了多层次控制技术。研究表明:①动载扰动过程中,深部大断面硐室从帮部极限平衡区“板裂结构”率先破坏,联动诱发顶板锚固岩层的垮冒,最终表现为整个硐室围岩的失稳;②动载扰动是深部大断面硐室围岩失稳的诱发因素,而帮部极限平衡区应力是基础力源;③动载扰动下深部大断面硐室围岩失稳防控应从弱化动载应力和均衡强化锚固承载能力2方面入手,即采用深部消波吸能-浅部全断面锚固均撑支护-巷表柔性防护多层次控制技术。模拟表明,该技术控制了大断面硐室失稳,围岩塑性区体积下降了18.46%,变形量降幅高达31.78%,帮部与顶板整体性得到了强化。

弱胶结含厚砾岩层覆岩联动失稳机制及矿压调控研究

西部地区广泛分布弱胶结软岩,该条件下当煤层上方存在强度相对较高的厚层砾岩时,砾岩层破断对整体矿压影响显著。为解决弱胶结含厚砾岩层采场强矿压控制难题,采用现场监测、理论分析、相似材料模拟及数值模拟相结合的研究方法,获取西部弱胶结含厚砾岩层条件下采场矿压显现特征,揭示厚砾岩层对采场覆岩失稳的主控驱动作用,提出弱胶结厚砾岩层采场矿压调控技术,并进行现场应用。结果表明:(1)工作面初采阶段出现“轻微→剧烈→轻微”阶段性矿压显现趋势,结合覆岩赋存特性确定采场上方厚砾岩层为强矿压显现主控岩层;(2)建立覆岩“传递岩梁+砾岩岩板”结构力学模型,揭示砾岩层破断驱动下采场覆岩呈现空间上“基本顶→砾岩层→砾岩层上方岩层”递次联动失稳、时间上基本顶“大–小循环周期性”及砾岩层上方岩层“瞬时性”失稳特征;(3)基于分析强矿压显现影响因素提出砾岩破断位置系数ζ用于描述砾岩层破断位置向采空区转移程度,覆岩破断系数越小,对应覆岩破断位置更靠近采空区,矿压显现程度越弱;(4)提出以砾岩层破断位置调整为导向、支架初撑力及工作面推采速度优化为手段的强矿压调控关键技术,通过数值模拟及现场实际将初撑力与推采速度优化为31.8 MPa及8 m/d,现场应用效果明显。