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l00083 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58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仲比能、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∮=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2.5 m，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。
