非均厚"弓形"巨厚关键层动静载作用机制
朱卫兵1
宁杉2
曹安业2
许家林3
窦林名2
1.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,江苏徐州 2211162.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 2211163.中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,江苏徐州 221116
摘要：巨厚关键层破裂运动是诱发矿山动力灾害的重要因素,探究其厚度变化对采动应力分布及破裂动载的影响,对明确巨厚关键层采场动、静载来源及冲击矿压孕育机制具有重要意义,是冲击矿压风险预测及灾害防控的理论基础.以陕西彬长矿区某矿非均厚"弓形"巨厚关键层为研究对象,综合理论分析与数值仿真计算,剖析了巨厚关键层"弓形"形态下伏煤岩体采动应力异常集中的力学原理,探明了"弓形"形态对巨厚关键层破裂特征的影响规律,揭示了"弓形"形态下伏区域动静载叠加致灾机制,据此提出了"弓形"巨厚关键层破裂致灾风险预测方法.结果表明,"弓形"巨厚关键层底部凸起导致下伏煤岩体垂直应力异常集中,相较于均匀厚度巨厚关键层,该区域煤岩体垂直应力额外增加 22.1 MPa,增幅比例高达 56%,此为下伏煤岩体高静载形成的根本原因.同时,伴随着开采范围的扩大以及非均厚"弓形"巨厚关键层运动,造成其底部内凹拐角区出现显著的高应力集中现象,导致该区域岩石发生破裂及弹性能快速释放,此为强动载形成主要原因.在上述非均厚"弓形"巨厚关键层动静载叠加作用下,煤柱大巷区域极易出现冲击矿压.基于此,准确识别并定位了非均厚"弓形"巨厚关键层影响下采动覆岩动载形成来源及发生区位,结合巨厚关键层分布式光纤原位监测结果,以光纤断裂高度为监测指标,验证了巨厚关键层破裂及动载荷形成之间的内在联系.
关键词：非均厚岩层巨厚关键层支承应力冲击矿压顶板灾害深部开采
分类号：TD325(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52074265)
论文发表日期：2024-10-28
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：14( 4311-4324 )
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