研發(fā)起止時(shí)間：2019.06～2020.10

完成單位：晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司 中國礦業(yè)大學(xué) 中國煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局

成果水平：國際先進(jìn)

1 立項(xiàng)背景

大同礦區(qū)石炭系太原組特厚煤層延深綜放開采后，礦壓對底板作用程度逐漸增強(qiáng)，受底板水壓威脅明顯增大，所面臨的巷道支護(hù)、工作面底板管理和底板突水威脅越來越嚴(yán)重和復(fù)雜。目前太原組特厚煤層綜放開采工作面缺少關(guān)于采動(dòng)底板擾動(dòng)變形損傷破壞深度的量化影響研究，造成相關(guān)巷道與工作面圍巖安全支護(hù)、水害預(yù)測和防治等缺少必要的參考依據(jù)。因此，進(jìn)行特厚煤層綜放開采條件下底板損傷擾動(dòng)破壞深度研究，對礦井安全和高效生產(chǎn)具有重要意義，開展研究工作十分必要。

2 主要研究內(nèi)容

（1）研究了同忻礦特厚煤層綜放開采條件下底板變形擾動(dòng)損傷破壞規(guī)律

通過現(xiàn)場實(shí)測、室內(nèi)物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬三種方法的對比分析，初步獲得了同忻礦這種特厚煤層綜放開采條件下底板變形擾動(dòng)損傷破壞特征，可分為采動(dòng)破壞帶和擾動(dòng)塑性損傷帶，其中采動(dòng)破壞帶深度止于20.9 m，擾動(dòng)塑性損傷帶深度止于22.0 m，現(xiàn)場實(shí)測兩測孔布置示意圖如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場實(shí)測兩測孔布置示意圖

（2）特厚煤層綜放開采后頂板支承壓力向底板傳播規(guī)律研究

通過現(xiàn)場實(shí)測、數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，特厚煤層綜放開采后對于頂板支承壓力向底板傳播起到很強(qiáng)的抑制作用，導(dǎo)致采動(dòng)礦壓在工作面底板前方聚壓不明顯，很大程度上減輕了采空區(qū)底板卸壓后引起的變形損傷破壞程度。開采不同距離最大豎直應(yīng)力分布示意圖如圖2所示。

圖2 開采不同距離最大豎直應(yīng)力分布示意圖

（3）研究了采寬、采深、煤層傾角和采厚這四個(gè)主控因素對完整底板采動(dòng)破壞深度的影響程度

系統(tǒng)收集整理了62 組現(xiàn)場實(shí)測完整底板破壞深度的相關(guān)數(shù)據(jù)資料，分析發(fā)現(xiàn)采寬與采深和底板破壞深度基本均呈線性變化關(guān)系，而煤層傾角和采厚對底板破壞深度的影響均不明顯；采深小于500 m 時(shí)采寬影響大于采深，但當(dāng)采深大于500 m 后采深影響大于采寬，500 m是深部延伸開采的分界點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)采寬和采深越大底板破壞深度越大；隨著煤層傾角的增大底板破壞深度先增大再減少，煤層傾角30°時(shí)底板破壞深度最大，采厚對底板破壞深度影響最小。這些與大同礦區(qū)研究結(jié)果具有很好的一致性。

（4）研究了采動(dòng)底板變形與采動(dòng)礦壓的關(guān)聯(lián)效應(yīng)

發(fā)現(xiàn)采動(dòng)礦壓對底板的影響具有較遠(yuǎn)距離的“超前”顯現(xiàn)特點(diǎn)，可劃分為“劇烈影響區(qū)”和“彈性波及區(qū)”，并反映了采動(dòng)礦壓在底板的傳遞特征，為合理解釋底板采動(dòng)變形破壞的力學(xué)機(jī)制提供了理論依據(jù)。

3 創(chuàng)新成果

（1）基于應(yīng)變感應(yīng)原位測試，獲得了采動(dòng)礦壓在底板的傳播特征，揭示了特厚煤層綜放開采對采動(dòng)礦壓在底板的傳播具有明顯的抑制作用。

（2）揭示了特厚煤層綜放開采條件下底板變形擾動(dòng)損傷破壞具有分帶性特征，獲得了采動(dòng)破壞帶和擾動(dòng)塑性損傷帶的量化取值范圍；分析了特厚煤層采厚對底板采動(dòng)變形損傷破壞的影響，提出了單獨(dú)增加采厚對于底板變形損傷破壞深度基本沒有影響的新見解。

（3）基于現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，研究了采寬、采深、煤層傾角和采厚四個(gè)主控因素對完整底板采動(dòng)破壞深度的影響程度，揭示了采深和采寬對底板采動(dòng)破壞深度影響最大，而采厚影響最小的特點(diǎn)。

4 應(yīng)用效果

項(xiàng)目成果在同忻礦得到良好應(yīng)用，對提高煤炭資源回收率、預(yù)防底板采動(dòng)變形危害、合理規(guī)劃底板巷道布置、科學(xué)進(jìn)行巷道支護(hù)等方面提供了很好的技術(shù)支撐，而且為深部底板帶壓開采科學(xué)制定水害防治對策建立了技術(shù)儲備。

本項(xiàng)目于2021年4月通過了中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的鑒定，獲國際先進(jìn)水平。