D0I:10.13374/i.issnl00It03.2007.0L.001 第29卷第1期 北京科技大学学报 Vol.29 No.1 2007年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2007 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 张立杰1) 蔡美峰)来兴平2,3)张勇2,3) 张海燕)吕兆海2,3) 任奋华) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)西安科技大学，西安710054 3)教育部西部矿山开采及灾害控制重点实验室，西安710054 摘要华亭煤矿5煤是赋存在深部的急斜特厚煤层，其开采扰动极其频繁，最大主应力与最小主应力相差较大，开采过程 中频繁出现动力失稳并诱致衍生灾害·基于声发射的煤岩动力失稳行为实验与现场相关测试的比较，综合分析了复杂变化环 境下煤岩在不同的动态拉伸比能、压缩变形阻力和剪切应力作用下的失稳声发射能率和总事件等定量规律。 关键词特厚煤层：声发射(AE):复变环境：大尺度采空区；动力失稳 分类号TD353:TB125 深部煤炭安全开采是国内外采矿界亟待攻克的 1 难题，煤岩破裂与失稳行为与浅部开采有巨大差 现场开采情况与地质环境综合分析 别】.华亭煤矿处于西部地震频发带，主采5#煤 华亭煤矿深部厚煤层采用水平分段综采低位放 倾角45°，平均厚度51.51m,采深已达819.45m,硬 顶煤方法开采，603工作面两顺槽分别沿煤层顶、底 度系数f=1~3,冒顶、坍塌、冲击等动力破坏频发， 板布置，从井田北翼向南翼跨上山无煤柱开采工作 井田范围内的主要断层附近岩体破碎、构造应力和 面平均长度为52m;分段高度为16m,机采高度 残留煤（矿）柱高应力集中以及采空区围岩结构动态 2.5m,放煤高度13.5m,采放比1：5.4.全矿3个综 演化，开采扰动极其频繁，在邻近区域开采中极易诱 采面、4个综掘面分布在6个区段内同时作业，每个 发动力灾害).在现场综合调查基础上，基于声 工作面生产能力达到200万ta.华亭煤矿深部 发射的室内岩石力学实验与现场测试的对比，对其 厚煤层急倾斜开采过程中的动力破坏对生产和人身 孕育动力失稳的原因及力学行为进行探讨，以期对 安全构成巨大威胁，图1描述了地层综合柱状特征 开采过程中动力灾害的危险性（或区域）进行预报， 和煤层开采布局情况：图2描述了巷道动力破坏情 为提出缓解和消除灾害的控制提供理论依据， 况，其中(a)为回风顺槽动力破坏和变形情况；(b)为 言图标样卡意 (a) (b) 图1地层综合柱状特征(a)和煤层开采布局(b) Fig-1 Lithologic correlation(a)and mining sequences (b) 收稿日期：2006-02-28修回日期：2006-05-22 603运输顺槽设备掀翻：(c)描述了该开采区域地表 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No-10402033,50490271): 及建筑动力破坏现象，这些动力学失稳的孕育和发 教有部西部矿山开采与灾害控制重点实验室重点资助项目(N。 生与开采深度、开采扰动、区域地震、地质构造以及 04s19) 作者简介：张立杰(1966一)男，副教授，博士研究生； 地应力密切相关 蔡美峰(1943-)，男，教授，博士生导师基于 AE 的深部复变环境下急斜特厚煤层 开采动力失稳分析 张立杰1‚2） 蔡美峰1） 来兴平2‚3） 张 勇2‚3） 张海燕2） 吕兆海2‚3） 任奋华1） 1） 北京科技大学土木与环境工程学院‚北京100083 2） 西安科技大学‚西安710054 3） 教育部西部矿山开采及灾害控制重点实验室‚西安710054 摘 要 华亭煤矿5＃煤是赋存在深部的急斜特厚煤层‚其开采扰动极其频繁‚最大主应力与最小主应力相差较大‚开采过程 中频繁出现动力失稳并诱致衍生灾害．基于声发射的煤岩动力失稳行为实验与现场相关测试的比较‚综合分析了复杂变化环 境下煤岩在不同的动态拉伸比能、压缩变形阻力和剪切应力作用下的失稳声发射能率和总事件等定量规律． 关键词 特厚煤层；声发射（AE）；复变环境；大尺度采空区；动力失稳 分类号 TD353；TB125 收稿日期：20060228 修回日期：20060522 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．10402033‚50490271）； 教育部西部矿山开采与灾害控制重点实验室重点资助项目（No． 04JS19） 作者简介：张立杰（1966—）‚男‚副教授‚博士研究生； 蔡美峰（1943—）‚男‚教授‚博士生导师 深部煤炭安全开采是国内外采矿界亟待攻克的 难题‚煤岩破裂与失稳行为与浅部开采有巨大差 别［1—3］．华亭煤矿处于西部地震频发带‚主采5＃煤 倾角45°‚平均厚度51∙51m‚采深已达819∙45m‚硬 度系数 f＝1～3‚冒顶、坍塌、冲击等动力破坏频发‚ 井田范围内的主要断层附近岩体破碎、构造应力和 残留煤（矿）柱高应力集中以及采空区围岩结构动态 演化‚开采扰动极其频繁‚在邻近区域开采中极易诱 发动力灾害［4—6］．在现场综合调查基础上‚基于声 发射的室内岩石力学实验与现场测试的对比‚对其 孕育动力失稳的原因及力学行为进行探讨‚以期对 开采过程中动力灾害的危险性（或区域）进行预报‚ 为提出缓解和消除灾害的控制提供理论依据． 1 现场开采情况与地质环境综合分析 华亭煤矿深部厚煤层采用水平分段综采低位放 顶煤方法开采‚603工作面两顺槽分别沿煤层顶、底 板布置‚从井田北翼向南翼跨上山无煤柱开采工作 面平均长度为52m；分段高度为16m‚机采高度 2∙5m‚放煤高度13∙5m‚采放比1∶5∙4．全矿3个综 采面、4个综掘面分布在6个区段内同时作业‚每个 工作面生产能力达到200万 t·a —1．华亭煤矿深部 厚煤层急倾斜开采过程中的动力破坏对生产和人身 安全构成巨大威胁．图1描述了地层综合柱状特征 和煤层开采布局情况；图2描述了巷道动力破坏情 况‚其中（a）为回风顺槽动力破坏和变形情况；（b）为 图1 地层综合柱状特征（a）和煤层开采布局（b） Fig．1 Lithologic correlation （a） and mining sequences （b） 603运输顺槽设备掀翻；（c）描述了该开采区域地表 及建筑动力破坏现象．这些动力学失稳的孕育和发 生与开采深度、开采扰动、区域地震、地质构造以及 地应力密切相关． 第29卷 第1期 2007年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．1 Jan．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．01．001