双关键层协同破断作用下采场覆岩力链传递规律与强矿压防控研究
杨科
吴向辉
刘文杰
郭鹏慧
安徽理工大学 深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室,安徽 淮南 232001;安徽理工大学 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室,安徽 淮南 232001
摘要：针对双关键层条件下厚煤层开采中强矿压显现规律不清、来压步距预测困难及防控效果不佳等问题,以淮南矿区某矿 11223 工作面为工程背景,采用离散元数值模拟、理论分析和现场实践相结合的方法,系统研究了双关键层协同破断的覆岩运移规律与力链动态传递机制,建立了双关键层破断支架-围岩采动承载模型.研究结果表明:①低位关键层Ⅰ受采动扰动直接作用,周期性破断步距平均 25 m,形成"悬臂梁-台阶岩梁"复合结构,诱发小周期来压;高位关键层Ⅱ因应力传递滞后效应,破断步距达 40 m,破断角 73°,其失稳引发动能跃迁幅度达初始值的 4.2倍,导致超前支承应力峰值突增至 48 MPa,超出支架额定工作阻力 28%,为大周期强矿压主要原因.②双关键层破断通过力链网络重构主导应力场演化,关键层Ⅰ破断形成局部"压力拱"结构,关键层Ⅱ破断则引发非对称拉压交替模式,促使应力场经历"局部卸载—区域转移—整体重构"三阶段演化.③基于动态载荷叠加机制,提出顶板深孔预裂爆破弱化方案,现场应用后周期来压步距由 25 m降至 16 m,支架动载系数由 1.5 降至 1.3,顶板载荷峰值降低46.7%.研究结果为深部多关键层矿井强矿压防控提供了理论支撑与工程实践参考.
关键词：强矿压防控双关键层力链传递液压支架预裂爆破
分类号：TD323(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(U21A20110)安徽理工大学研究生创新基金资助项目(2024CX2188)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-05（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 229-242 )
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