摘要： 以元宝湾煤矿6107工作面为工程背景,采用相似模拟、数值模拟及理论分析相结合的方法,划分了下位采动诱发煤柱群-覆岩的链动破坏过程,揭示了下位采动过程中煤柱群的应力演化规律,分析了下位采动诱发煤柱群-覆岩互馈失稳特征,解析了覆岩载荷及采动支承压力叠加影响下煤柱群的载荷响应特征,揭示了采动影响下煤柱群-覆岩互馈失稳的关键柱诱灾机理。结果表明:下位采动诱发煤柱群-覆岩的链动失稳过程可以划分为4大阶段,即煤柱群链动失稳孕育阶段、煤柱群链动失稳启动阶段、煤柱群链动失稳扩展阶段、煤柱群-覆岩互馈作用失稳阶段。柱式采空区下位煤层开采过程中,关键柱对煤柱群应力演化具有主控作用。煤柱群-覆岩互馈失稳特征体现在:随着关键柱的率先失稳,煤柱群链动失稳启动,触发级联效应,载荷极速传递与扩展,进而使得邻近煤柱群呈现出链动失稳特征;与此同时,覆岩失去支撑,大范围沉降,造成强大的冲击载荷,将覆岩自重传递至煤柱群,进一步带动更大规模煤柱群的链动失稳,引发下位工作面的强矿压显现,甚至造成压架事故。构建了覆岩均布载荷和采动支承压力叠加影响下煤柱群-覆岩承载体系的多跨连续梁力学模型,发现了煤柱群的非均衡承载特性,且关键柱承受的载荷最大,极易发生早期失稳破坏,进而诱发覆岩载荷和采动支承压力向相邻煤柱中转移和扩散,并带动整个煤柱群-覆岩体系的链动失稳。该研究有望为柱式采空区下位煤层安全绿色高回收率开采提供理论支撑与科学依据。

关键词: 煤柱群, 覆岩, 采动影响, 链动失稳, 互馈作用

中图分类号: 

• TD 325