深部礦井充填開採防治衝擊地壓的機理研究

《深部礦井充填開採防治衝擊地壓的機理研究》是依託中國礦業大學，由周躍進擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：深部礦井充填開採防治衝擊地壓的機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周躍進
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

隨著煤炭開採深度的增加，衝擊礦壓事故呈上升趨勢，造成大量人財物的損失。同時，煤礦開採中排放的矸石堆積在地表占用了大量的土地並帶來嚴重的環境污染問題。本課題採用理論分析、數值模擬、相似模擬和現場測試相結合的方法，在深入研究煤岩體流變特徵、固體充填物的壓實與流變特徵的基礎上，構建煤岩體與固體充填物應力變化模型，得到深井衝擊傾向性煤岩體、充填矸石的應力分布規律和充填開採采場礦壓顯現規律，形成固體充填開採技術防治衝擊地壓的理論，豐富防治衝擊礦壓技術理論體系。在此理論基礎上，建立深部衝擊地壓工作面充填開採系統。研究成果對深井防治衝擊礦壓具有重要的理論和實踐指導意義，並可解決煤礦排矸帶來的環境污染問題，實現礦山高效綠色安全開採。

結題摘要

在巷式充填開採技術中，煤柱動力失穩所誘發的衝擊礦壓災害嚴重威脅了工作面的安全回採。本課題綜合套用煤岩力學實驗、理論分析、數值模擬和工程實踐等諸多研究方法，對巷式充填開採煤柱失穩機制及衝擊礦壓機理進行了系統深入的研究，取得如下創新性成果： （1）通過設定六級位移載入速率，開展不同載入速率下煤岩衝擊傾向性實驗，得到載入速率對煤岩衝擊傾向性的影響規律。 （2）採用斷裂力學理論分析了煤柱板裂體的形成機制，基於煤柱板裂體動力失穩的能量機制，將煤柱板裂體和巷道頂板視為耗能體和釋能體，建立由釋能體和耗能體組成的雙體系統力學模型，通過分析雙體系統的能量平衡關係，得到基於折迭突變模型的煤柱動力失穩機理。 （3）通過分析巷式充填開採對上覆岩層運動的控制機理，建立了巷式充填開採承載體系力學模型，採用能量變分法推導出巷式充填開採煤柱彈性變形的解析解；基於彈性-粘彈性對應原理，引入煤岩體的伯格斯體流變模型和拉普拉斯變換理論，得到煤柱粘彈性變形的解析解；結合充填體的壓實力學特性，提出巷式充填開採中煤柱與充填體發揮聯合承載作用所需時間的求解方法。 （4）在FLAC3D數值分析軟體中採用FISH語言對能量密度判據進行編程開發，用以評判巷道圍岩的衝擊礦壓危險性；通過設計順序開採、跳一開採、跳二開採和跳三開採四種巷道掘進次序，分析不同掘進次序下巷道圍岩豎向應力和能量密度因子的變化規律，得到巷式充填開採中巷道掘進次序對煤柱穩定性的影響規律。 （5）針對某試驗礦井的採礦地質條件，採用綜合指數法分析了開採工作面的衝擊危險等級；通過FLAC3D數值分析軟體建立數值計算模型，採用能量密度判據分析巷道掘進過程中煤柱的衝擊危險程度，得到試驗礦井衝擊礦壓發生的主要原因，並提出相應的防治措施。