特厚煤层采动应力演化与动力灾害防控关键技术
张庆华1
袁本庆2
任启寒2
1.中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆 400037;煤矿灾害防控全国重点实验室,重庆 4000372.中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆 400037;煤矿灾害防控全国重点实验室,重庆 400037;安徽理工大学,安徽 淮南 232001
摘要：针对我国特厚煤层深部开采面临的采掘扰动易诱发动力灾害及瓦斯防治存在的钻孔控制盲区、效果检验可靠性不足等问题,以窑街矿区金河煤矿单一特厚突出煤层为工程背景,系统研究了采掘全过程应力场动态演化规律、采掘工作面区域防突关键技术及掘进工作面局部高应力区高效卸压增透技术.通过FLAC3D数值模拟揭示了大采放比综放工作面弧形卸压区发育特征:初采期宽度 5～7m、构造区 3～5 m、正常区 10～15 m;同时,发现多重采动应力叠加下掘进工作面存在超高应力集中现象,应力集中系数λ高达 2.4～3.0;据此提出了基于应力主控因素的风险分级管控方法:回采工作面划分一级风险区(λ>2.0)、二级风险区(1.5≤λ≤2.0),掘进工作面增设三级风险区(1.0≤λ<1.5),并制定了差异化防控对策.针对采掘工作面采用传统区域防治技术存在的难题,研发应用了 4项关键技术以提升防突可靠性:区域措施钻孔三维反演系统,实现钻孔轨迹三维可视化与风险区域识别,消除区域措施钻孔"立体薄弱区";抽采达标分层立体预测模型,以顶分层最小抽采半径为布孔标准,确保中上部煤体充分抽采;内胆贴壁式瓦斯含量取样装置,减少瓦斯逸散,实测可解吸瓦斯含量较传统孔口取样提高 6.25%～20.59%;"分区-分带-分层"全覆盖检验方法,对构造区、软煤带等高风险区域加密检测,重点层位分层验证,减少检验盲区.针对掘进工作面高应力区(如 16219-1 掘进工作面七重采动影响带),应用改进的超高压水力割缝技术装备(高刚度轻质钻杆、防滑装置、水质过滤器);结果表明,16219-1 掘进工作面高应力区应力集中系数由 3.0降至 1.6,煤层透气性系数提升近 10倍,抽采达标时间缩短 1/3,残余瓦斯含量降至 4.73 m3/t,掘进期间CH4、CO2 涌出平稳(最大CO2 体积分数为0.48%)、高能量微震事件减少,实现了消突和应力降低"双重"目标.
关键词：特厚煤层动力灾害应力场水力割缝风险管控瓦斯防治
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家重点研发计划(2024YFC3013805)国家自然科学基金(U23B2093)国家自然科学基金(U21A20110)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-10-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 176-188 )
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