深部巨厚承压含水层采动疏水诱冲机理
窦林名1
周坤友2
曹安业3
侯涛4
巩思园3
阚吉亮5
马小涛3
1.安徽理工大学矿业工程学院,安徽淮南 232001;中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 2211162.安徽理工大学矿业工程学院,安徽淮南 232001;安徽省煤炭安全精准开采工程实验室,安徽淮南 2320013.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 2211164.陕西正通煤业有限责任公司,陕西咸阳 7136005.安徽理工大学矿业工程学院,安徽淮南 232001
摘要：陕蒙地区覆岩普遍赋存较厚承压含水砂岩层,工作面涌水量大、承压含水层水位显著下降,巨厚覆岩承压含水层下冲击地压和高能矿震监测表明覆岩承压水的采动疏放具有一定的诱冲效应.为揭示覆岩承压含水层采动疏水诱冲机理,开展了流固耦合数值模拟,分析了不同孔隙水压岩体力学行为及巨厚覆岩承压含水层采动疏水条件下围岩应力-能量场演化特征,揭示了覆岩承压含水砂岩层采动疏水对围岩应力场作用机制;并考虑巨厚覆岩对围岩动静载应力作用效应,提出了覆岩承压含水层采动疏水诱冲机理.研究结果表明:覆岩巨厚承压含水砂岩层下动力显现均发生在覆岩承压水位快速下降期间,覆岩承压水的采动疏放对围岩产生应力扰动;采动疏水条件下覆岩承压含水岩层孔隙水压降低,岩层强度和承载能力增大,覆岩载荷向采场两侧转移,导致围岩应力升高、能量进一步积聚,其对围岩应力场-能量场作用程度与采场尺度和疏放程度正相关,与煤层-承压含水层距离、承压含水层岩层厚度及强度负相关;巨厚覆岩承压含水层下顶板大尺度悬臂-铰接结构导致采场围岩高静载及强动载,在覆岩承压含水层采动疏水对围岩应力场作用下,煤岩体中叠加应力超过其临界载荷且释放的总能量超过其破坏所消耗能量,诱发冲击地压,其中高静载是冲击地压发生的应力基础,矿震动载和覆岩承压含水层采动疏水导致的应力扰动是重要诱因.针对覆岩承压含水层采动疏水及巨厚承压含水层覆岩结构对冲击风险的影响特征,提出了巨厚承压水含水层注浆堵水和优化盘区尺寸的防冲措施,通过地面注浆和降低采场尺寸能够降低覆岩承压含水层采动疏水对围岩应力场的作用效应、避免巨厚覆岩形成大尺度悬臂-铰接结构,从而降低巨厚承压含水层下冲击地压风险.
关键词：深部开采巨厚承压含水层采动疏水采动应力场诱冲机理
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52304197)安徽省煤炭安全精准开采工程实验室开放基金资助项目(ES-CMP202307)国家重点研发计划(2022YFC3004603)
论文发表日期：2024-01-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 351-366 )
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