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煤体注水弱化技术是防治坚硬煤层冲击地压的有效技术途径。通过向坚硬干燥岩体或煤体注水,在水压力和毛细力的切割作用下,使岩体或煤体裂隙大量扩张。裂隙中的水在粘滞作用及吸附力的作用下,块体间的刚度降低、形变增大。此技术是一项煤矿高效开采的保障技术,具有安全、环保、高效、经济等优点。 本文主要采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法对济宁三号煤矿63下05工作面和53下07工作面辅顺进行坚硬顶板定向水力致裂工业性试验,通过理论分析得出了定向水力致裂的裂纹扩展形式及扩展模型,数值模拟分析了初始裂缝参数、围岩环境、注水压力等因素对定向水力致裂的影响。 通过数值分析得到,注水改变了尖端应力尖端应力集中类型,由注水前的压应力变为注水后的拉应力集中,初始裂缝的尖端应力集中程度越大,岩石越容易起裂和扩展,与埋深,初始裂缝直径存在非线性关系,与岩石强度、注水压力及初始裂缝角度呈线性关系。 顶板的悬顶长度和顶板的厚度是坚硬顶板诱发冲击矿压发生的两个因素。控制顶板对冲击矿压的影响,就需要针对这两个因素对顶板处理,采用致裂坚硬顶板的方式降低这两个影响因素。 坚硬顶板经过致裂处理后,系统的动能和系统释放的能量都降低了。致裂后坚硬顶板震动加速度与没致裂的顶板相比增加,验证了顶板致裂改变顶板完整性。从系统的能量和顶板震动剧烈程度,都得出切顶致裂顶板和分层致裂顶板能够降低顶板的悬顶长度、厚度以及顶板的来压强度,通过坚硬顶板致裂处理可以达到防治顶板型冲击矿压的目的。 坚硬顶板是冲击矿压发生的重要影响因素,坚硬顶板导致冲击矿压发生频繁,严重影响煤矿安全,为避免冲击矿压的发生,基于此进行坚硬顶板定向水力致裂工业性试验。在济三煤矿实现了顶板岩石的致裂,并且取得了致裂范围为5~15m的效果。