复杂环境下急倾斜特厚煤层安全开采

D01:10.13374j.isml00103x.2009.0B.B0 第31卷第3期 北京科技大学学报 Vol.31 No.3 2009年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2009 复杂环境下急倾斜特厚煤层安全开采 来兴平.2)王宁波3》 胥海东2漆涛3》曹建涛2》 蒋东晖3) 1)西安科技大学能源学院西安7100542)教有部西部矿井开采及灾害防治重点实验室，西安710054 3)神华新疆能源有限责任公司.乌鲁木齐8300☑ 摘要采用理论分析，数值计算等综合方法，研究了苇湖梁煤矿+5792B1+2急倾斜煤层(64°)高阶段(54m)综放面开采中 出现的采空区项板坍塌与气体超限的问题。现场开采试验表明，采取快速推进、控制均匀放煤、优化通风系统及主动综合防瓦 斯等有效措施.遏制动力学灾害并确保安全开采. 关键词复杂环境：急倾斜特厚煤层：开采扰动区：层裂结构：动态失稳 分类号TD325+.3 Safety top-coal-caving of heavy and steep coal seams under complex environment LAI Xin-ping2.WANG Ning-bo.XU Hai-dong2.QI Tao.CAO Jian-tao2.JIANG Dong-hui 1)Energy and Resource School Xi an University of Science and Techrology,Xi an 710054 China 2)Key Laboratory of Western Mine Hazard Prevention.Ministry of Education of China.Xi'an 710054.China 3)Shenht▣Xinjang Energy Co.Ltd.,Wulumu年830027，Cia ABSTRACT The seam angle is 64'and the mining level height is 54 m at the+579E2EB1+2 toprooal-caving working face in Wei- huliang Mine in northwestern China.Theoretical analy sis numerical calculation and field test w ere used to study roof collapse and gas ov erlimit in mined-out area during mining on the w orking face.The results show that fast mining control symmetrical topcoal cav- ing in dipping and strike directions,optimizing the ventilation system,and the initiative in preventing gas are valid for safety mining. KEY WORDS complex environment:heavy and steep coal seam:excavation disturbance zone:spalling structure:dynamic destabi- lization 动力作用下的煤与岩石介质损伤破坏演化过 工作面开采后形成的采空区多次出现顶板覆岩动力 程、损伤机理和破坏倒塌机制的研究。为保障安全开 学坍塌与气体超限现象.基于现场开采试验前提 采提供了科学依据一).急倾斜厚煤层综放开采形 下，采用理论分析、数值计算及现场试验等，对其安 成的有限尺度的采空区实质上是开采扰动区(exca- 全问题进行了综合分析，为安全开采提供指导. vation disturbance zone,EDZ),在一定意义上是形 1开采扰动区的环境与技术特征 成了一个新的（采空区尺度）断层或活化的断层，其 围岩介质“损伤一破裂一失稳”直至演化为动力学现 1.1煤层赋存环境 象是一个十分复杂的多元信息耦合作用的物理一力 乌鲁木齐矿区位于天山北麓，其处于我国西北 学过程.在高阶段放顶煤开采扰动下，采空区覆岩 地区的强地震区域.苇湖梁煤矿十579E2EB+2煤 介质在不同层位区域和不同尺度扰动作用下产生剪 层受南北强应力作用而使煤层发生倾斜，平均倾角 切、滑移，极易诱致覆岩介质的力学强度劣化产生坍 64°，工作面走向长度1202m,宽度为27.5m,煤层 塌失稳进而诱致衍生灾害.神新公司苇湖梁煤矿 厚度32.9m,地层总厚275.15m,其中走向长430m 十579E2EB1+2急倾斜煤层(64°)高阶段(54m)综放 范围内阶段高度为54m,197m范围内阶段高度为 收稿日期：200801-21 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.10772144:No.10402033) 作者简介：来兴平(1971一，男，教授，博士，E-ml:bptest@sina com.cm

复杂环境下急倾斜特厚煤层安全开采 来兴平1 , 2) 王宁波3) 胥海东1, 2) 漆 涛3) 曹建涛1 , 2) 蒋东晖3) 1)西安科技大学能源学院, 西安 710054 2)教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室, 西安 710054 3)神华新疆能源有限责任公司, 乌鲁木齐 830027 摘 要 采用理论分析、数值计算等综合方法 , 研究了苇湖梁煤矿+579E2EB1 +2急倾斜煤层(64°)高阶段(54 m)综放面开采中 出现的采空区顶板坍塌与气体超限的问题.现场开采试验表明, 采取快速推进、控制均匀放煤、优化通风系统及主动综合防瓦 斯等有效措施, 遏制动力学灾害并确保安全开采. 关键词 复杂环境;急倾斜特厚煤层;开采扰动区;层裂结构;动态失稳 分类号 TD325 +.3 Safety top-coal-caving of heavy and steep coal seams under complex environment LAI X in-ping 1 , 2), WANG Ning-bo 3), X U Hai-dong 1 , 2), QI Tao 3), CAO Jian-tao 1 , 2), J IANG Dong-hui 3) 1)Energy and Resource School, Xi' an University of Science and Technology , Xi' an 710054 , China 2)Key Laboratory of West ern Mine &Hazard Prevention , Ministry of Education of China , Xi' an 710054 , China 3)Shenhua Xinji ang Energy Co.Ltd., Wulumuqi 830027 , C hina ABSTRACT The seam angle is 64°and the mining level height is 54 m at the +579E2EB1 +2 to p-coal-caving wo rking face in Wei￾huliang Mine in northwestern China.Theoretical analy sis, numerical calculatio n and field test w ere used to study roof collapse and g as ov erlimit in mined-out area during mining on the w orking face.The results show that fast mining , control symmetrical top-coal cav￾ing in dipping and strike directions, optimizing the ventilatio n system , and the initia tive in preventing gas are valid for safety mining. KEY WORDS complex environment ;heavy and steep coal seam ;excavation disturbance zone;spalling structure;dynamic destabi￾lization 收稿日期:2008-01-21 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No .10772144;No .10402033) 作者简介:来兴平(1971—), 男, 教授, 博士, E-mail:lxptest@sina.com .cn 动力作用下的煤与岩石介质损伤破坏演化过 程、损伤机理和破坏倒塌机制的研究,为保障安全开 采提供了科学依据[ 1-3] .急倾斜厚煤层综放开采形 成的有限尺度的采空区实质上是开采扰动区(exca￾vation disturbance zone , EDZ), 在一定意义上是形 成了一个新的(采空区尺度)断层或活化的断层 , 其 围岩介质“损伤 —破裂—失稳”直至演化为动力学现 象是一个十分复杂的多元信息耦合作用的物理-力 学过程 .在高阶段放顶煤开采扰动下, 采空区覆岩 介质在不同层位区域和不同尺度扰动作用下产生剪 切、滑移, 极易诱致覆岩介质的力学强度劣化产生坍 塌失稳进而诱致衍生灾害 .神新公司苇湖梁煤矿 +579E2EB1+2急倾斜煤层(64°)高阶段(54 m)综放 工作面开采后形成的采空区多次出现顶板覆岩动力 学坍塌与气体超限现象.基于现场开采试验前提 下 ,采用理论分析 、数值计算及现场试验等 ,对其安 全问题进行了综合分析 ,为安全开采提供指导. 1 开采扰动区的环境与技术特征 1.1 煤层赋存环境 乌鲁木齐矿区位于天山北麓 , 其处于我国西北 地区的强地震区域 .苇湖梁煤矿 +579E2EB1+2煤 层受南北强应力作用而使煤层发生倾斜 , 平均倾角 64°,工作面走向长度 1 202 m ,宽度为 27.5 m , 煤层 厚度 32.9m , 地层总厚 275.15 m ,其中走向长 430 m 范围内阶段高度为 54 m , 197 m 范围内阶段高度为 第 31 卷 第 3 期 2009 年 3 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.3 Mar.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.03.030

。278 北京科技大学学报 第31卷 102m,575m范围内阶段高度为18m.煤层层理与 表2采空区附近地表坍塌参数统计 节理发育.图1和表1真实地描述了B+2煤层的地 Table 2 Statistics of surface collapse parameters adjacent to mined-out- 质赋存特征及相关信息参数. ara 坍塌 沿走向推进 地表坍塌 时间 长度/m 深度/m宽度/m长度/m 斜面 2007-0子06-06-02 388 夕 20 30 2007-06-03一0607 9.6 20 3g 日色砂质 块状坚硬 节理发育 灰色烤 煤层 灰色泥岩 节理层理发育 2007-0608-07-07 39.2 30 36 88 2007-09-03-0913 286 23 34 37 煤层 夹层 B2 产状 326∠60 2 动力学灾害源分析 图例 砂通泥岩 和 B2煤层 夹层 泡岁 节理层理 +579E2EB1+2综放面段高为52m,综放面上的 图1B1+2煤层地质特征 空棚由于开采条件的限制难以直接一次性处理现 Fig.I Geological characteristics upon the B+2 coal seam 场表明地表随工作面的推进形成“波动一剪切”断裂 及失稳机制.由于在原始煤体里爆破，有一定数量 表1煤层赋存特征及相关参数 的块煤，当顶煤放出时，在块煤的流动、挤压等开采 Table I Characteristics and parameters of the coal seam 煤层 走向/心)倾向/(C)倾角/()普氏系数厚度/m 扰动作用下产生层裂进而形成“跨层拱”，随着工作 面的推进，顶板侧的“跨层拱”上覆顶煤在“有限”的 B1+2 53(NE)325(NS) 64 2-3 329 空间范围内出现波动效应，底板侧发生剪切断裂，形 12开采技术特征 成“波动剪切”断裂及失稳机制，诱致采空区覆岩 如图2所示，B1+2煤层综放面赋存环境复杂，煤 介质“损伤一演化一断裂一失稳”，进而发生动力学 矿五大灾害均己出现。具有一定灾害风险性.地面 坍塌，这是产生失稳并产生动力学失稳及致灾的直 多处已形成大面积V字形坍塌槽（如图2中的A、 接动力源之一. B、C、D和E坍塌区域).其产生的主要原因包括： 3围岩变形与运动规律 (1)雨雪降水可灌入坍塌槽内诱发顶板失稳；(2)历 史性不规则开采与反复扰动频繁，形成大量的采空 在急倾斜特厚煤层高阶段综放开采中，由于开 区（或空棚）内积聚大量有害气体：(3)开采扰动区近 采空间的结构特征所决定，围岩失稳具有明显的动 邻八道湾河，水源补给充足，采空区有积水.2007 力学特征，这与缓倾斜煤层长壁开采的顶板断裂与 年5一9月，采空区上方地表频繁发生坍塌（表2）， 失稳明显不同7.十579E2EB+2工作面较短。开 直接威胁安全开采. 采后形成的有限尺度采空区（或开采扰动区）可视为 形成了一个新的（采空区尺度）断层或活化的断层结 1 构，其变形与失稳也属于“有限变形”范畴.综合研 究表明，其结构和力学运动规律与缓倾斜煤层长壁 1+70 开采有很大区别，主要表现在：①采后的煤层顶、底 ⊥+685 板在矿山压力（挤压）作用下沿工作面倾斜方向形成 一个暂时平衡的拱结构：②随工作面推进和顶煤放 中64 320 出，开采扰动对拱结构及其稳定性直接作用，在上覆 预爆巷 4717.67 25 开切电 岩层荷载的作用下，顶板出现挠曲变形并产生离层 1209 2D0 《11 或层裂：③继续推进时，层裂顶板和上位顶煤冒落， 1162 单位：m 形成上位平衡拱，由于靠顶板侧顶煤受拉分离，使拱 向底板侧方向挤压从而产生非对称变形.当上位拱 图2十579E2EB+2煤层综放面赋存环境 和分段内形成来压的下位拱同步失稳时，工作面来 Fig.2 Complex environmental characters of the+579E2EB+2 压加剧.如图3所示，现场开采中支架载荷的急剧 toprcoaFcaving working face 变化也充分表明了这一点

102 m , 575 m 范围内阶段高度为 18 m .煤层层理与 节理发育 .图 1 和表 1 真实地描述了B1+2煤层的地 质赋存特征及相关信息参数. 图 1 B1+2煤层地质特征 Fig.1 Geologi cal characteristics upon the B1+2 coal seam 表 1 煤层赋存特征及相关参数 Tabl e 1 Charact eristics and parameters of the coal seam 煤层 走向/(°) 倾向/(°) 倾角/(°) 普氏系数 厚度/ m B1 +2 53 (NE) 325(NS) 64 2 ～ 3 32.9 1.2 开采技术特征 如图 2 所示 ,B1 +2煤层综放面赋存环境复杂, 煤 矿五大灾害均已出现, 具有一定灾害风险性.地面 多处已形成大面积 V 字形坍塌槽(如图 2 中的 A 、 B 、C 、D 和 E 坍塌区域).其产生的主要原因包括 : (1)雨雪降水可灌入坍塌槽内诱发顶板失稳;(2)历 史性不规则开采与反复扰动频繁 ,形成大量的采空 区(或空棚)内积聚大量有害气体;(3)开采扰动区近 邻八道湾河 , 水源补给充足 , 采空区有积水.2007 年 5 —9 月, 采空区上方地表频繁发生坍塌(表 2), 直接威胁安全开采. 图 2 +579E2EB1+2煤层综放面赋存环境 Fig.2 Complex environmental characters of the +579E2EB1 +2 top-coal-caving working f ace 表 2 采空区附近地表坍塌参数统计 Table 2 S tatistics of surf ace collapse paramet ers adjacen t to mined-out￾area 坍塌 时间 沿走向推进 长度/ m 地表坍塌 深度/ m 宽度/ m 长度/ m 2007-05-06—06-02 38.8 15 20 30 2007-06-03—06-07 9.6 15 20 39 2007-06-08—07-07 39.2 30 36 88 2007-09-03—09-13 28.6 23 34 37 2 动力学灾害源分析 +579E2EB1 +2综放面段高为 52 m , 综放面上的 空棚由于开采条件的限制难以直接一次性处理, 现 场表明地表随工作面的推进形成“波动-剪切”断裂 及失稳机制.由于在原始煤体里爆破 ,有一定数量 的块煤 ,当顶煤放出时, 在块煤的流动、挤压等开采 扰动作用下产生层裂进而形成“跨层拱” , 随着工作 面的推进 ,顶板侧的“跨层拱”上覆顶煤在“有限”的 空间范围内出现波动效应, 底板侧发生剪切断裂 ,形 成“波动-剪切” 断裂及失稳机制 , 诱致采空区覆岩 介质“损伤—演化—断裂—失稳” ,进而发生动力学 坍塌 ,这是产生失稳并产生动力学失稳及致灾的直 接动力源之一. 3 围岩变形与运动规律 在急倾斜特厚煤层高阶段综放开采中, 由于开 采空间的结构特征所决定 ,围岩失稳具有明显的动 力学特征 ,这与缓倾斜煤层长壁开采的顶板断裂与 失稳明显不同 [ 4-7] .+579E2EB1+2工作面较短, 开 采后形成的有限尺度采空区(或开采扰动区)可视为 形成了一个新的(采空区尺度)断层或活化的断层结 构 ,其变形与失稳也属于“有限变形”范畴 .综合研 究表明, 其结构和力学运动规律与缓倾斜煤层长壁 开采有很大区别, 主要表现在 :①采后的煤层顶、底 板在矿山压力(挤压)作用下沿工作面倾斜方向形成 一个暂时平衡的拱结构 ;②随工作面推进和顶煤放 出 ,开采扰动对拱结构及其稳定性直接作用,在上覆 岩层荷载的作用下, 顶板出现挠曲变形并产生离层 或层裂;③继续推进时 ,层裂顶板和上位顶煤冒落, 形成上位平衡拱, 由于靠顶板侧顶煤受拉分离, 使拱 向底板侧方向挤压从而产生非对称变形.当上位拱 和分段内形成来压的下位拱同步失稳时 , 工作面来 压加剧 .如图 3 所示 , 现场开采中支架载荷的急剧 变化也充分表明了这一点. · 278 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷

第3期 来兴平等：复杂环境下急倾斜特厚煤层安全开采 ·279。 结构，在超前预爆破扰动与有害气体耦合作用下，加 ■放煤之前 30 ■放煤之后 剧围岩结构节理化程度、物理特征、几何特征和时空 3 关系的复杂性.采用2 D-Block数值方法对顶煤的 应力演化规律进行了综合分析.结果表明：当顶煤 20 运动向纵深演化时，随着顶煤冒落与放出，上部垮落 顶板的围岩介质几乎填满采空区，减缓了下位顶板 岩层的运动，顶板只出现离层而不垮落，而上位顶板 岩层活动仍然剧烈，岩层移动破坏不对称现象更加 0 81012 4 16 18 明显.由于上位顶煤形成非对称拱后，使“顶板一上 支架编号 位顶煤一底板”形成了一个力学结构(“压一剪”模 图3现场监测的支架载荷分布 式)，底板侧顶煤受压难以放出，存留三角煤.当开 Fig.3 Dist ribut ion of fied monitorin support force 采下一分段时，随顶煤的放出和反复扰动，残留三角 煤失去支撑后沿底板向下滑移，顶板侧上位拱结构 固体材料介质层裂损伤的发展过程中，微孔洞 失稳，造成工作面急剧来压.随着开采扰动的加剧， 的成核、增长和汇合是其重要机制9.开采扰动 一旦获得足够空间，下位岩层与下分层煤体一起冒 或在动载荷作用下导致围岩层裂产生结构1G. 落，此时就有可能产生地表坍塌等动力失稳现象，如 水平分段开采形成的采空区是个变尺寸（度）的空间 图4所示. 图4基于D一0k的急倾斜综放面围岩破坏过程模拟.()顶板初始破裂：()项板破坏演化出现层裂结构：()坍塌矢量特征 Fig 4 Rockmass damage process computation of the steep-top caving working face by 2D-Bbck:(a)earlier roof cracking:(b)spalling stmucture due to mof damage evolution:(c)colapsing vector character 场开采实践表明：利用反复开采扰动（疲劳损伤），使 4现场安全开采实践 得顶部空棚的底座反复损伤与错动，有效释放空棚 目前十579E2EB1+2综放工作面布置14付 内的有害气体（阻止形成“跨层拱”产生叠加或波动 ZF5000/17/28型液压支架，2付ZF5400/17/28型 效应)，并保证不贯通工作面上方垫层，在一定条件 液压支架，2付ZF5000/17/35型液压支架，总计18 下沿着地面释放并喷出，如图5所示（图2中的E坍 付支架.将工作面支架编号分组，每组3架，严格控 塌区，20071218).地表喷出气体成分检测表明， 制放煤时间，同时在走向和倾向上提高放煤的均匀 程度，增加顶板垫层厚度，控制顶煤移动方向，遏制 衍生灾害的发生. 41工作面快速推进 现场顶板冒落分析表明，工作面上方顶板冒落 步距在40~50m左右，即在每推过两个预爆巷时， 顶板发生冒落.因此提高推进速度，减少爆破后松 散煤体瓦斯析出时间，从而降低采空区瓦斯积聚总 量，防止超限或涌出，达到安全开采目的. 图5地表坍塌与气体喷出现象（左侧是煤层底板，右侧是煤层 十579E2EB+2煤层综放面宽度32.9m,阶段高度为 顶板) 52m,走向长度为430m.采用快速推进方式，每天 Fig.5 Su dace collapse and gas burst neighboring top coahcaving re- 进9刀即5.4m,采高2.5m,放煤高度为7.5m.现 gion

图 3 现场监测的支架载荷分布 Fig.3 Distribution of field monitoring support f orce 固体材料介质层裂损伤的发展过程中, 微孔洞 的成核、增长和汇合是其重要机制[ 8-9] .开采扰动 或在动载荷作用下导致围岩层裂产生结构[ 10-11] . 水平分段开采形成的采空区是个变尺寸(度)的空间 结构,在超前预爆破扰动与有害气体耦合作用下 ,加 剧围岩结构节理化程度 、物理特征、几何特征和时空 关系的复杂性.采用 2D-Block 数值方法对顶煤的 应力演化规律进行了综合分析 .结果表明:当顶煤 运动向纵深演化时 ,随着顶煤冒落与放出 ,上部垮落 顶板的围岩介质几乎填满采空区, 减缓了下位顶板 岩层的运动 ,顶板只出现离层而不垮落,而上位顶板 岩层活动仍然剧烈, 岩层移动破坏不对称现象更加 明显.由于上位顶煤形成非对称拱后, 使“顶板 —上 位顶煤 —底板” 形成了一个力学结构(“压-剪” 模 式),底板侧顶煤受压难以放出 , 存留三角煤 .当开 采下一分段时,随顶煤的放出和反复扰动 ,残留三角 煤失去支撑后沿底板向下滑移, 顶板侧上位拱结构 失稳 ,造成工作面急剧来压 .随着开采扰动的加剧, 一旦获得足够空间, 下位岩层与下分层煤体一起冒 落 ,此时就有可能产生地表坍塌等动力失稳现象 ,如 图 4 所示. 图 4 基于 2D-Block 的急倾斜综放面围岩破坏过程模拟.(a)顶板初始破裂;(b)顶板破坏演化出现层裂结构;(c)坍塌矢量特征 Fig.4 Rockmass damage process comput ation of the st eep-top-caving w orking face by 2D-Block:(a)earlier roof cracking ;(b)spalling structure due to roof damage evolution;(c)collapsing vect or character 4 现场安全开采实践 目前 +579E2EB1 +2 综放 工作面布 置 14 付 ZF5000/17/28 型液压支架 , 2 付 ZF5400/17/28 型 液压支架, 2 付 ZF5000/17/35 型液压支架 ,总计 18 付支架.将工作面支架编号分组 ,每组 3 架 ,严格控 制放煤时间 ,同时在走向和倾向上提高放煤的均匀 程度 ,增加顶板垫层厚度 , 控制顶煤移动方向, 遏制 衍生灾害的发生 . 4.1 工作面快速推进 现场顶板冒落分析表明 , 工作面上方顶板冒落 步距在 40 ～ 50 m 左右 ,即在每推过两个预爆巷时 , 顶板发生冒落.因此,提高推进速度 ,减少爆破后松 散煤体瓦斯析出时间, 从而降低采空区瓦斯积聚总 量, 防 止 超 限 或 涌 出 , 达 到 安 全 开 采 目 的 . +579E2EB1+2煤层综放面宽度 32.9 m ,阶段高度为 52 m ,走向长度为 430 m .采用快速推进方式, 每天 进 9 刀即 5.4 m ,采高 2.5 m ,放煤高度为 7.5 m .现 场开采实践表明:利用反复开采扰动(疲劳损伤),使 得顶部空棚的底座反复损伤与错动, 有效释放空棚 内的有害气体(阻止形成“跨层拱”产生叠加或波动 效应),并保证不贯通工作面上方垫层, 在一定条件 下沿着地面释放并喷出 ,如图5 所示(图 2 中的 E 坍 图 5 地表坍塌与气体喷出现象(左侧是煤层底板, 右侧是煤层 顶板) Fig.5 Su rf ace collapse and gas burst neighboring top-coal-caving re￾gion 塌区 , 2007-12-18).地表喷出气体成分检测表明, 第 3 期 来兴平等:复杂环境下急倾斜特厚煤层安全开采 · 279 ·

。280 北京科技大学学报 第31卷 空棚底座和工作面没有贯通，说明快速推进可有效 analysis of steep and heavy thick coal seam in a deepmine uder 缓解并防治顶板突然破断. the complex-variable envirorment hased on AE J Univ Sci Tech- 42优化通风系统 nol Beijing 2007.29(1):1 (张立杰蔡美峰来兴平，等.基于AE的深部复变环境下急斜特 采取合理调节工作面风量、采空区附近地面回 厚煤层开采动力失稳分析.北京科技大学学报200729(1)：1) 填堵漏等措施，解决了八道湾地面和地下漏风问题， [4 Ren F H.Lai X B Cai M F,et al.Quantitative prediction and 保障了安全开采. evaluation on the regularity of asy mmetric damage and distortion 43主动与立体防瓦斯 upon broken rock mass roadway.JUniv Sci Technol Beijing. 2008.30(3):221 为解决工作面放顶前架后上方空间瓦斯积聚的 (任奋华，来兴平，蔡美峰。等.破碎岩体巷道非对称破坏与变形 问题，在工作面回风巷施工卸压抽放钻孔，对架后空 规律定量预计与评价.北京科技大学学报，2008.30(3)：221) 间的积聚瓦斯进行抽放，有效解决了放煤过程中瓦 [5 Shao X P.Shi P W.HeG C.Analysis on unloaded arch structu re 斯超限现象.同时采用煤层注水软化（降尘、降温并 of roof in mining steep seams using horizontal section topooal cav 增加煤体流动性)与立体监测监控手段等辅助措施， ing.J Univ Sci Technol Beij ing.2007:29(5):447 保障工作面的安全开采. (邵小平，石平五。贺桂成.急斜放顶煤开采顶板卸载拱结构分 析.北京科技大学学报2007：29(5)：447) 5结论 [6 Gao Z N.Shi P W.Rock movement law of horizontal section top coal caving in steep seam.J Xi'an Uniy Sci Technol,2001.21 (1)急斜特厚煤层大段高开采中，开采扰动区 (4):316 内顶煤及采空区覆岩结构失稳具有潜在的灾害风险 (高召宁，石平五.急倾斜水平分段放顶煤开采岩移规律。西安 性，对其进行实时预测、预报和控制是保障工作面安 科技学院学报.2001,21(4)：316) [7 Wang N B.Probing into ratioral improvement of horizontal sub- 全开采的前提之一. levd height of steeppitch fully-mechanized caving face.Min Saf (2)严格控制放煤时间，采用多轮依次放煤、增 Environ Prot,2007.(10):149 加顶板垫层厚度、控制顶煤移动方向以及阻止形成 (王宁波.合理提高急倾斜综放工作面水平分段高度的探讨.西 跨层拱产生叠加效应等手段，有效缓解或防治顶板 部探矿工程2007，(10)：149) 突然破断并诱至采空区气体涌出或超限.开采过程 [8 Bai Y L.Wang H Y,Xia M F.et al.Statistical meso-mechanics 中提高推进速度，减少松散煤体中瓦斯析出时间，从 of solid inking couped multipe pace and time scaes.Adv Meh,200636(2):286 而降低采空区瓦斯积聚总量，防止超限或涌出，达到 (白以龙汪海英，夏蒙棼，等.固体的统计细观力学一连接多个 安全开采目的. 耦合的时空尺度.力学进展.200636(2)：286) (3)苇湖梁煤矿位于我国强地震区，建议在开 [9 Zhang F G.Qin C S Zhou H Q.Numerical mesoanalysis on 采过程中加强地下采空区及其对应的地面范围内的 spalling damage.Explos Shock Waves,2006.26(2):125 (张风国。秦承森，周洪强.层裂损伤的细观数值分析.爆炸与冲 立体监测与预报.同时加强灾前预警和灾后应急处 击，2006.26(2)：125) 理与控制. 10 Zhang X C,Lu A H.Wang J Q.Num erical simulation of layer 参考文献 crack structure of surmounding mock and rockburst in roadway der dynamie disturbance.Chin J Rock Mech Eng.2006.25 [1]Shi P W.Lai X P.Gao Z N.Damage mechanics model of top (Suppl1):3110 coal in steep top caving coal JUn iv Sci Tedhrol Beijing.2003. (张晓春，卢爱红.王军强.动力扰动导致巷道围岩层裂结构及 10(1):8 冲击矿压的数值模拟.岩石力学与工程学报。2006.25（增刊 [2]Shi P W.Zhang YZ.Structural analy sis of arch of spanning stra 1):3110) ta of top coal caving in steep seam.Chin J Rock Mech Eng. 11]Tang Z P.Xu J L.A combined discrete/cyindrical shell finite 200625(1):79 clement multi-scale method and its application.Chin/Comput (石平五，张幼振.急斜煤层放顶煤开采“跨层拱”结构分析.岩 Meh,2007,24(5):591 石力学与工程学报，200625(1)：79) (唐志平，胥建龙.离散元与壳体有限元结合的多尺度方法及 [3]Zhang L.Cai M E Lai X B.et al.Dynamical destabilzation 其应用.计算力学学报2007,24(5)：591)

空棚底座和工作面没有贯通, 说明快速推进可有效 缓解并防治顶板突然破断 . 4.2 优化通风系统 采取合理调节工作面风量 、采空区附近地面回 填堵漏等措施, 解决了八道湾地面和地下漏风问题 , 保障了安全开采 . 4.3 主动与立体防瓦斯 为解决工作面放顶前架后上方空间瓦斯积聚的 问题 ,在工作面回风巷施工卸压抽放钻孔,对架后空 间的积聚瓦斯进行抽放, 有效解决了放煤过程中瓦 斯超限现象.同时采用煤层注水软化(降尘 、降温并 增加煤体流动性)与立体监测监控手段等辅助措施 , 保障工作面的安全开采. 5 结论 (1)急斜特厚煤层大段高开采中, 开采扰动区 内顶煤及采空区覆岩结构失稳具有潜在的灾害风险 性,对其进行实时预测、预报和控制是保障工作面安 全开采的前提之一. (2)严格控制放煤时间, 采用多轮依次放煤、增 加顶板垫层厚度 、控制顶煤移动方向以及阻止形成 跨层拱产生叠加效应等手段, 有效缓解或防治顶板 突然破断并诱至采空区气体涌出或超限 .开采过程 中提高推进速度 ,减少松散煤体中瓦斯析出时间, 从 而降低采空区瓦斯积聚总量, 防止超限或涌出 ,达到 安全开采目的. (3)苇湖梁煤矿位于我国强地震区 , 建议在开 采过程中加强地下采空区及其对应的地面范围内的 立体监测与预报 .同时加强灾前预警和灾后应急处 理与控制 . 参 考 文 献 [ 1] S hi P W, Lai X P , Gao Z N.Damage mechanics model of top coal in steep t op caving coal.J Un iv S ci Tech nol Beijing , 2003 , 10(1):8 [ 2] S hi P W, Zhang Y Z .Structural analysis of arch of spanning stra￾t a of top coal caving in steep seam .Chin J Rock Mech Eng , 2006 , 25(1):79 (石平五, 张幼振.急斜煤层放顶煤开采“跨层拱”结构分析.岩 石力学与工程学报, 2006 , 25(1):79) [ 3] Zhang L J, Cai M F, Lai X P, et al.Dynamical dest abilization analysis of steep and heavy thick coal seam in a deep-mine under the complex-variable environment based on AE.J Uni v Sci Tech￾nol Beijing , 2007 , 29(1):1 (张立杰, 蔡美峰, 来兴平,等.基于AE 的深部复变环境下急斜特 厚煤层开采动力失稳分析.北京科技大学学报, 2007, 29(1):1) [ 4] Ren F H , Lai X P, Cai M F , et al.Quantitative prediction and evaluation on the regularity of asymmetric damage and dist ortion upon broken rock mass roadway .J U niv Sci Technol Beijing , 2008 , 30(3):221 (任奋华, 来兴平, 蔡美峰, 等.破碎岩体巷道非对称破坏与变形 规律定量预计与评价.北京科技大学学报, 2008 , 30(3):221) [ 5] Shao X P , Shi P W , He G C .Analysis on unloaded arch structu re of roof in mining steep seams using horizon tal section t op-coal cav￾ing.J U niv Sci Technol Beijing , 2007:29(5):447 (邵小平, 石平五, 贺桂成.急斜放顶煤开采顶板卸载拱结构分 析.北京科技大学学报, 2007:29(5):447) [ 6] Gao Z N , Shi P W.Rock movement law of horizont al section top coal caving in st eep seam .J Xi' an U niv Sci Technol , 2001 , 21 (4):316 (高召宁, 石平五.急倾斜水平分段放顶煤开采岩移规律.西安 科技学院学报, 2001 , 21(4):316) [ 7] Wang N B .Probing int o rational improvement of horizont al sub￾level height of steep-pit ch fully-mechanized caving f ace .Min S af Environ Prot , 2007 ,(10):149 (王宁波.合理提高急倾斜综放工作面水平分段高度的探讨.西 部探矿工程, 2007 ,(10):149) [ 8] Bai Y L , Wang H Y, Xia M F , et al.St atistical meso-mechanics of solid linking coupled multiple space and time scales.Adv Mech , 2006 , 36(2):286 (白以龙, 汪海英, 夏蒙棼, 等.固体的统计细观力学-连接多个 耦合的时空尺度.力学进展, 2006 , 36(2):286) [ 9] Zhang F G , Qin C S , Zhou H Q .Numerical mesoanalysis on spalling damage .E xp los S hock Waves, 2006 , 26(2):125 (张凤国, 秦承森, 周洪强.层裂损伤的细观数值分析.爆炸与冲 击, 2006 , 26(2):125) [ 10] Zhang X C , Lu A H , Wang J Q.Num erical simulation of layer￾crack structure of surrounding rock and rockbu rst in roadway un￾der dynami c disturbance.Chin J Rock Mech Eng , 2006 , 25 (Suppl 1):3110 (张晓春, 卢爱红, 王军强.动力扰动导致巷道围岩层裂结构及 冲击矿压的数值模拟.岩石力学与工程学报, 2006 , 25(增刊 1):3110) [ 11] Tang Z P , Xu J L .A combined discrete/ cylindrical shell finite element multi-scale method and its application.Ch in J Comput Mech , 2007 , 24(5):591 (唐志平, 胥建龙.离散元与壳体有限元结合的多尺度方法及 其应用.计算力学学报, 2007 , 24(5):591) · 280 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷