摘要：应力加载型冲击地压是深厚表土综放采场特有的冲击地压类型,其发生机理尚不清晰,导致煤矿面临此类型冲击地压时无法有效防治甚至发生严重事故。以山东巨野煤田赵楼煤矿3304(超前100 m)长时间(持续38 d)冲击预警为工程背景,采用相似材料试验、理论分析、数值模拟、现场实测等方法,研究了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压的发生机理,得出了以下结论:由模拟试验和理论分析提出了深厚表土综放采场的覆岩空间运动特征,基于承载基岩初次破断时厚表土的成拱性和延时加载性,推导了厚表土垮落拱和压力拱的轮廓表达式,建立了深厚表土综放采场走向覆岩传递应力估算模型。揭示了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压机理:当承载基岩达到悬露极限发生断裂回转时,厚表土层运动下沉形成土压力拱结构,其上覆巨厚表土层自重通过拱脚传递至煤层中,导致煤壁前方大范围煤层应力在短时间内大幅度持续升高,容易诱发应力加载型冲击地压。数值模拟结果表明深厚表土综放采场承载基岩断裂后,厚表土呈现由下至上渐进式破碎、垮落的运动特征,采场以岩、土接触面为界形成2个压力拱,表土压力拱传递的表土自重导致煤壁前方大范围煤层应力高度集中。现场实测表明应力加载效应发生后采场动载释放水平较低且呈现固定位置的微震集中带,土压力拱的形成将限制表土层快速下沉,工作面位于土压力拱的支点区域进行回采工作,当工作面推过该支点加载区域后,土压力拱破坏导致采场地表整体大幅度下沉。设计并实施了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压的防治方案,包括井下地面联合监测预警、围岩高强度钻孔弱化、显现区域支护体系补强、“监测−卸压”临界推速控制。

摘要：针对日益严峻的巨野煤田大巷煤柱冲击地压现状,以赵楼煤矿七采区大巷煤柱固定区域频繁冲击为工程背景,采用现场实测、数值模拟、理论分析和工业试验等方法,研究深厚表土运动诱发高应力煤柱频繁冲击机制,提出一种高应力孤立煤体弹核压裂防冲新方法,得到以下结论:采用PFC数值模拟发现厚表土随采场倾长的阶段性增长存在均布载荷、土压力拱、土拱与均载并存共3种加载模式,对应划分厚表土采场顺序接续条件下的地层运动阶段分别为基岩破断运动、岩土初次联动和岩土周期联动。通过研究断层阻隔与顺序接续条件下的厚表土地层载荷传递机制,设计了断层煤柱整体载荷分布曲线的量化方法,基于大巷切割影响的断层煤柱应力演化规律,建立孤立煤体应力分区承载工程模型,推导大巷孤立煤体群整体、局部失稳冲击工程判据。揭示深厚表土运动诱发高应力煤柱频繁冲击机制:由于岩土地层联动加载和大巷平行断层阻隔耦合影响,断层煤柱承载采场转移应力高度集中,同时大巷切割导致煤柱整体应力分散至孤立煤体群承载,当任一孤立煤体满足失稳冲击判据时,断层煤柱即频繁发生冲击显现。提出了一种高应力孤立煤体弹核压裂防冲方法,其原理为通过水力压裂降低弹性核区承载能力以促使孤立煤体整体载荷重新分布,实现其承载应力降峰均载的防冲目标,经工业试验发现弹性核区注水起裂压力约30 MPa,裂缝扩展长度与应力均化宽度大于21.2和14.5 m,现场监测表明弹核压裂能够减少孤立煤体应力集中程度,有效降低孤立煤体冲击危险水平。