煤田地质与勘探

作者：任智敏, 吕梦蛟, 王飞, 王禹, 张广太,

关键词：冲击地压, 互感斥力, 钢锥, 冲击力, 钻孔围岩, 应力场分布, 煤层卸压, 晋中左权, 五里堠煤矿,

针对煤矿冲击地压引起的采掘安全问题，以山西晋中左权五里堠煤矿3号煤层开采地质条件为工程背景，提出一种基于钢锥冲击煤层的卸压方法。根据通电线圈间产生电磁互感斥力原理，获得磁力驱动绕线钢锥撞击煤层的冲击力函数式，并结合弹性力学理论，分析冲击力作用下煤体应力场分布特征、裂隙类型、破裂范围及程度。结果表明：(1) 冲击力与交流电电压及线圈级数呈正相关关系，与交流电频率及每米线圈匝数呈负相关关系。其中，电压是调控冲击力的最主要因素，综合考虑认为电压取660 V为宜。(2) 计算显示钢锥长度与直径仅需1 cm和1.28 cm，与之匹配的2级加速线圈总长为2 cm，可实现冲击装置的微型化，便于在钻孔内灵活布置。(3) 冲击力使钻孔横截面围岩出现集中系数为4.0~16.7的叶状极高应力区，其延伸长度为5倍钻孔半径，区内发育张拉裂隙；叶状区之外为集中系数1.7~3.3的高应力区，发育压剪裂隙，其范围可达50倍钻孔半径，据此得到卸压钻孔间距为2.5 m。(4) 按卸压段长度，每孔内设置2个间距2 m的冲击装置，冲击力使钻孔纵截面围岩呈现针状极高应力区，相邻针状区间分布椭圆形压剪裂隙区，两者一起贯通2 m厚煤层，实现有效破煤卸压。研究成果为探索基于磁力钢锥冲击的煤层卸压技术奠定初步理论基础。

来源：2024年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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