[01428085]深矿井高承压水底板异常破坏致灾机理及其应用

随着煤矿开采水平的延伸,越来越多的矿井进入深部开采,煤层开采受到底板承压水的威胁越来越严重。深矿井煤层底板突水机理及预测成为亟待解决的关键科学问题。 本项目以鲁西煤田部分大采深矿井为例,将煤层开采上覆岩层运动、覆岩压力、采场底板应力分布、煤层底板岩体破坏以及底板突水定位预测等内容系统地联系起来进行综合研究。提出采场覆岩压力拱边界力学判据,系统研究了工作面宽度、工作面推进距离、埋深、开采煤层厚度及侧压系数对压力拱形态的影响机制,揭示了煤层开采过程中覆岩压力拱拱体动态演化过程。探讨了压力拱与裂断拱之间的关系,揭示了两者的同步性发展过程。采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合的手段研究了典型工作面底板采动应力分布特征及底板异常破坏规律,获得煤层底板破坏是随工作面开采而呈波浪式发展、具有一定的阶段性和周期性的科学认识;构建了底板破坏带发育的分阶段模式,提出了覆岩最大裂隙拱、应力拱和底板异常破坏带的初始步距约为工作面宽度,周期步距近似为工作面宽度一半的观点。将煤层底板岩体异常破坏带与煤层底板突水定位预测联系在一起,指出了当工作面掘进至底板异常破坏带发育的初始步距或周期步距时是底板突水危险地段,并通过新汶煤田良庄煤矿51302工作面的井下电阻率动态监测结果和突水实例验证了本项目研究结论。研究成果是对以往浅部开采时底板突水研究成果的补充,丰富、发展了矿井底板突水理论,对预测大采深矿井底板突水,预防水害发生具有重要的理论和现实意义。