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随矿井开采深度的不断增加,深部采场地质力学环境复杂,冲击地压等动力灾害显现日趋严重。于是,在前人研究成果的基础上,针对新汶矿区深部采场的开采条件,应用现场调研、理论分析、力学实验、数值模拟以及现场实测等研究方法,开展了新汶矿区深部冲击地压动力灾害致灾机理及动态防治技术研究课题。 首先,通过深部围岩地应力测试、围岩强度原位测定、钻孔窥视等研究手段,揭示新汶矿区深部煤岩体赋存特点及应力环境。利用MTS815.03电液伺服岩石试验系统和声发射系统对华丰煤矿-1350水平(埋深近1500m)的煤、岩及煤岩组合体进行了实验研究,分析其在单轴、三轴全应力应变过程中不同力学状态下的深部煤岩体力学特性、损伤破坏机理及冲击性,为大尺度深部采场煤岩体的损伤破坏、能量聚集、释放和转移规律以及冲击致灾机理研究提供依据。 其次,在以岩层运动和矿山压力(主要指作用在煤层上的支承压力)分布为核心的采场空间结构模型理论指导下,利用理论分析和数值模拟的研究方法分析了在采动条件下采场上覆岩层运动规律,建立了深部采场覆岩空间结构模型,分析研究了在采场推进方向和两侧方向上支承压力分布与上覆岩层运动间的关系,并得出了采场四周支承压力的分布范围、内外应力场大小和采场空间结构模型的相关参数。 再次,深入分析了深部采场冲击地压致灾机理及实现条件,研究提出在多应力场耦合条件下冲击地压发生危险性应力判别准则及能量判别准则;提出了冲击地压防治合理缓冲带宽度的确定及是否超前工作面基于应力转移改变煤岩体结构扩大缓冲带(工作面“内应力场”)宽度的判据K;研究确定基于防冲原则合理巷道布置及时空关系。 最后,在深部采场空间结构模型理论指导下,深入分析了基于应力控制和应力转移动态调控防治基本原理,并建立了“两个体系和一个流程”的冲击地压防治综合管理模式和深部冲击地压综合预警平台。以华丰煤矿1412工作面为工程背景,开展了深部采场冲击危险评价,实施了“下解放层+内错型无煤柱开采模式”区域防治和采用大直径钻孔卸压等局部防治相结合的综合治理技术,实现了“有震无灾”的动力灾害控制理念,确保了深部强冲击地压煤层的安全开采。