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