煤田地质与勘探

作者：郑凯歌, 袁亮, 张平松, 王林涛,

关键词：厚硬岩层, 冲击地压, 复合关键层, 协同作用, 分段水力压裂,

目的厚硬顶板是诱发煤矿冲击地压、矿震等灾害的关键因素，其中煤层顶板发育有复合关键层厚硬顶板条件下灾害更为严重，揭示复合关键层厚硬顶板诱冲机制，构建防治技术模式迫在眉睫。方法运用物理相似模拟和力学分析等方法，建立复合关键层硬顶板和其非协同破断判识方法，揭示复合关键层厚硬顶板诱冲机制，优选防冲技术模式。结果和结论结果表明：(1) 复合关键层厚硬顶板呈现“大−小”周期来压规律，来压期间声发射频次和微震能量分别为非来压的5.3倍与7.3倍；上、下位关键层厚硬顶板同步破断扰动叠加，叠合“周期”和“见方”来压效应诱发大型冲击地压灾害。(2) 建立了以中性轴线为基础的复合关键层判识模型，两层及以上关键层厚硬顶板形成复合关键层前提是梁模型横截面上剪切应力不超过对应的抗剪强度。(3) 形成了“悬臂梁”和“砌体梁”两种模式下合理破断线距离定量判识方法，提出了复合关键层厚硬顶板上、下单层和双层协同3种水力压裂卸压技术模式。(4) 分析显示下位关键层压裂主要改变了厚硬顶板关键层完整性和强度，缩短了来压步距，无法控制上位关键层“拱壳”结构大能量冲击地压；上位关键层压裂控制“大周期”破断扰动载荷，减弱了复合关键层耦合效应，大幅降低冲击地压危险性，是冲击地压主控层位，“上−下位”关键层协同压裂为最优卸压防冲模式。该研究成果将为复合厚硬顶板冲击地压地压、矿震灾害区域的精准防治提供重要依据。

来源：2024年第10期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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