蓄水采空区区段煤柱采动水浸弱化机制与失稳特征

作者：刘世奇; 张村^*; 曾一凡; 王磊; 兰世勇; 孙伟

来源：采矿与安全工程学报, 2022, 39(06): 1084-1094.

DOI：10.13545/j.cnki.jmse.2021.0682

• 区段煤柱
• 水浸软化
• 采动作用
• 采空区蓄水
• 流固耦合

利用煤矿采空区作为临时水仓能够缓解富水顶板工作面开采排水压力，加快采掘衔接；但采空区残留煤柱在采动水浸影响下的失稳特征将影响工作面的安全回采。基于此，采用现场实测结合流固耦合数值模拟方法分析区段煤柱的采动水浸弱化机制与失稳特征。瞬变电磁法结合钻孔应力计与巷道表面位移监测结果表明：首采工作面（P122106）回采过程中，区段煤柱应力呈马鞍形分布，能够对巷道顶板形成有效支撑；但在邻近工作面（P122108）采动与采空区水浸耦合作用下，P122108巷道变形量大幅度增加，区段煤柱出现失稳。在此基础上，采用自行开发的流固耦合数值模拟结合损伤度量化指标分析获得煤柱采动水浸的渐进损伤特征，研究不同采空区水位对煤柱稳定性的影响。水浸弱化的存在使得宽度为35m的煤柱不足以隔离采空区蓄水池，存在工作面突水危险。在首采工作面开采过程中，煤柱损伤度为53.4%；而在采空区蓄水及邻近工作面采动影响下煤柱观测区域煤柱损伤度达到84.1%，超过了煤柱失稳临界损伤度65.7%。在采空区水位降至2m和4m时，煤柱损伤度虽然出现降低，分别为70.5%和76.8%，但仍然超过了极限损伤度。综合考虑现场实际条件和数值模拟结果，提出疏放P122106采空区蓄水池内的水并辅以加强支护的方式来减小巷道围岩的破坏和变形的解决措施。在研究矿井采用上述手段后，煤柱帮和顶板变形量均降低了39.6%和30.8%，确保了工作面安全生产。

• 单位
  冀中能源集团有限责任公司; 中国矿业大学（北京）