深埋弱胶结薄基岩厚煤层开采顶板动载冲击效应产生机制试验研究

• 作者: 王家臣 王兆会 唐岳松 李猛 常坤林 弓昊 徐国梁
• 来源期刊: 岩石力学与工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 采矿工程 弱胶结薄基岩 采动裂隙 冒落拱 应变能 动载冲击力
• 年，卷（期）: 2021,（12）
• 页码范围: 2377-2391
• 页数: 15页
• 分类号: TD32
• 语种: 中文
• DOI: 10.13722/j.cnki.jrme.2021.0340

摘要

深埋弱胶结薄基岩厚煤层采场动压显现强烈,顶板动载冲击作用下液压支架压死、损坏现象时有发生.为提高该类采场围岩控制效果,采用室内试验、理论分析和现场实测等手段研究厚冲积层作用下深埋弱胶结薄基岩顶板动载冲击效应产生机制,探究动载冲击力确定方法.结果 表明:深埋弱胶结薄基岩厚煤层采场覆岩采动裂隙萌生于高位厚冲积层,上行扩展导致冲积层垮落,下行扩展导致基本顶断裂,形成覆岩冒落拱;冒落拱局部失稳,则新生冒落拱呈非对称形态,基本顶发生拉伸破断,支架承受静载作用;冒落拱整体失稳,则新生冒落拱呈对称形态,基本顶发生剪切破断,支架承受动载作用;快速下行扩展的采动裂隙在惯性作用下穿越岩层交界面进入基本顶,使其成为上表面含惯性裂纹的悬臂梁,极大劣化基本顶承载能力;采动裂隙扩展至冒落拱顶部和拱脚的时间一致,冒落体脱离冲积层母体前,裂隙萌生位置处应变集中程度最高,拱脚次之,拱顶最低;冒落拱整体失稳导致大范围冲积层自重载荷迅速传递至劣化基本顶悬臂梁,惯性裂纹尖端出现剪应力集中现象,基本顶发生剪切破断,存储于其中的弹性应变能转化为破断岩块动能,非静态启动的破断岩块冲击下位直接顶和液压支架,引发采场动压;采用上限定理确定了厚冲积层冒落拱边界方程,得到作用于基本顶之上的冲积层载荷和存储于基本顶中的弹性应变能,基于动能、动量守恒原理分别确定了基本顶破断岩块启动速度、顶板动载冲击力计算方法;最后提出采用预裂爆破方法释放赵固二矿14030工作面基本顶应变能,预防顶板动载冲击现象的发生.