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 ·