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窦林名团队证实大能量矿震与回采速度呈明显正相关性

2019-06-19

  近日中国矿业大学窦林名教授团队联合中煤科工西安研究院、陕西彬长胡家河矿业公司的研究人员证实大能量矿震产生的动载容易叠加高静载体诱发冲击,使超前段顶煤支护失效造成冒顶事故;微震监测也证实坚硬顶板破断释放大能量矿震与回采速度有明显的正相关性。这项研究成果以《回采速度对坚硬顶板运动释放能量的影响机制》为题在《煤炭学报》上进行网络首发,第一作者为中煤科工集团西安研究院冯龙飞。


  冲击矿压是一种典型的煤岩动力灾害,其影响因素众多,回采速度是影响因素之一,其对冲击矿压的影响往往易被弱化,但近些年来冲击矿压研究工作趋于精细,且现场生产实际发现回采速度无序变化可以在高应力采场条件下诱发冲击,新版防冲细则上也明确提出应按冲击危险性评价结果明确采掘工作面安全推进速度。


  坚硬顶板破断释放的弹性能是冲击矿压的主要能量源之一,前人的研究大多为坚硬顶板在增压载荷下的力学响应特征,或从岩石抗拉强度的率效应角度阐述了回采速度对顶板运动的影响机制,具有一定的现场指导意义。但针对回采速度对坚硬顶板运动释放能量的影响机制研究相对较少。


  冯龙飞等研究人员针对回采速度对坚硬顶板破断释放能量的影响机制,运用理论分析结合现场监测手段,对垮落带内的顶板悬臂梁结构,建立了基于弹性地基假设的三角增压载荷悬臂梁模型,推导得到回采速度控制下顶板梁的下沉量、弯矩及弯曲弹性能密度的解析解,综合考虑了受回采速度控制的四个主要变量,包括悬臂长度 、增压载荷峰值 、峰值位置及超前影响范围。


  回采速度通过控制顶板岩层的受力特征参数来实现对悬臂梁破断释放能量的控制,具体表现为加快回采速度使顶板梁的悬臂段长度和峰值应力集中系数增加,使支承压力峰值距煤壁位置减小,均能造成顶板弯曲变形能增大,释放弹性能增加,促使工作面更易发生冲击,且悬臂段长度和峰值应力集中系数的影响效果更为明显。对距煤层较近的低位未触矸破断式砌体梁结构,建立回采速度影响下的回转角与破断步距及破断释放能量的解析式。


  通过该方法确定了陕西彬长胡家河煤矿主采4#煤层坚硬顶板影响下大采高工作面的临界回采速度为4m/d,并以此指导了邻近冲击危险工作面的开采强度优化。


  这项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金的资金支持。



  责任编辑:宫在芹
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工学博士,教授,博士生导师,现任辽宁工程技术大学力学与工程学院院长...

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