乌东煤矿冲击地压地质动力条件与煤岩动力系统研究

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神新矿区乌东煤矿地表标高为+800 m,两个可采煤层B3+6煤层和B1+2煤层厚度分别为40 m和30 m,煤层的平均倾角均为87°,属于近直立特厚煤层。2011年至今,乌东煤矿共发生了5次冲击地压事故,给矿井安全生产带来了严重威胁。随着矿井采掘工程逐步向深部延伸,冲击地压发生的危险性将进一步增强,已经成为乌东煤矿安全生产中亟待解决的重大问题。论文基于板块构造理论,综合运用理论分析、数值模拟、相似材料模拟、地质动力区划、岩体应力计算等方法对乌东煤矿近直立特厚煤层冲击地压进行了研究。应用实验室实验方法,对乌东煤矿煤、岩的冲击倾向性、物理力学参数等进行了测定,完成了煤体的注水可行性实验;应用相似材料模拟实验方法,对乌东煤矿各分层水平煤层开采前后岩柱的稳定性进行了分析,确定了开采活动对岩柱的位移和应力的影响,以及坚硬岩柱对于乌东煤矿冲击地压发生的影响。建立了地质动力条件评价方法并确定了相应评价指标体系,确定了乌东井田具有冲击地压发生的地质动力条件,且呈现愈发活跃的趋势。提出了“煤岩动力系统”的概念,构建了“煤岩动力系统与冲击地压显现关系”模型,提出了“煤岩动力系统”各区域尺度计算方法并建立了相应的评价指标体系,确定乌东煤矿煤岩动力系统“动力核区”、“破坏区”、“损伤区”和“影响区”的尺度。在此基础上开发了“乌东煤矿煤岩动力系统”分析软件,对乌东煤矿冲击地压危险性进行了评价。应用辽宁工程技术大学自主研发的“岩体应力状态分析系统”对乌东井田+500 m开采水平进行了岩体应力计算,将开采区域划分为高应力区、应力梯度区、应力正常区和应力降低区。综合运用理论分析和FLAC3D数值计算方法,确定了乌东煤矿冲击地压发生的临界能量密度与合理的开采强度。地质动力条件和开采工程效应的耦合作用,构成了乌东煤矿冲击地压的发生机制。论文对乌东煤矿近直立特厚煤层冲击地压的地质动力条件及煤岩动力系统进行研究,完成了乌东井田冲击地压危险性区域划分,确定了不同区域冲击地压危险性程度,在此基础上提出了合理的开采强度。论文的研究将进一步提高乌东煤矿在近直立特厚煤层冲击地压防治的技术水平,为乌东煤矿和类似条件矿井冲击地压防治工作的开展提供理论指导。
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