巨厚巖層采場(chǎng)關(guān)鍵工作面防沖?減震設(shè)計(jì)

張明，姜福興，李克慶

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巨厚巖層采場(chǎng)關(guān)鍵工作面防沖?減震設(shè)計(jì)

張明1, 2，姜福興2，李克慶2

(1. 安徽理工大學(xué) 省部共建深部煤礦采動(dòng)響應(yīng)與災(zāi)害防控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 淮南，232001；2. 北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京，100083)

為避免巨厚巖層運(yùn)動(dòng)誘發(fā)井下沖擊和造成地面建(構(gòu))筑物震動(dòng)損害，以山東某巨厚巖層礦井為研究背景，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、理論分析和工程實(shí)踐等手段，探討兼顧地面建(構(gòu))筑物減震和井下防沖的關(guān)鍵工作面設(shè)計(jì)方法。研究結(jié)果表明：孤島工作面兩側(cè)的采動(dòng)程度不同，非充分采動(dòng)區(qū)上覆高位懸頂巨厚礫巖及其底部孤島煤巖柱形成不對(duì)稱“Γ”型覆巖空間結(jié)構(gòu)；巨厚巖層開(kāi)采條件下存在一個(gè)關(guān)鍵工作面，以工作面整體穩(wěn)定性和礦震引起地面建(構(gòu))筑物的震動(dòng)損害作為主要評(píng)估指標(biāo)可確定關(guān)鍵工作面及其防沖?減震開(kāi)采優(yōu)化方法；在開(kāi)采設(shè)計(jì)中采用上述方法可最終確定合理的開(kāi)采方案，并取得較好的實(shí)踐效果。

巨厚巖層；礦震；沖擊地壓；關(guān)鍵工作面；優(yōu)化設(shè)計(jì)

我國(guó)多個(gè)礦區(qū)(井)均有巨厚巖層分布，理論研究和開(kāi)采實(shí)踐均表明：采場(chǎng)上覆巨厚巖層破斷和覆巖空間結(jié)構(gòu)失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)均會(huì)伴隨不同程度的礦震[1]。巨厚巖層破斷引起的強(qiáng)礦震具有震動(dòng)能量大和傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，不僅能夠誘發(fā)井下沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害，同時(shí)也能夠造成地面強(qiáng)烈震感和建(構(gòu))筑物的晃動(dòng)[2?3]。因此，當(dāng)?shù)孛娲嬖谥匾⒚舾薪?構(gòu))筑物時(shí)，采前防沖?減震的開(kāi)采設(shè)計(jì)是保證地面和井下雙重安全的關(guān)鍵。目前，人們已經(jīng)在巨厚巖層破斷與覆巖失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)規(guī) 律[1, 4?5]、礦震誘發(fā)井下動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生機(jī)理[6?7]以及綜合防治技術(shù)[8?9]等方面開(kāi)展了研究，但主要側(cè)重于井下的采動(dòng)災(zāi)害分析與治理研究。開(kāi)采地面建筑(構(gòu))物保護(hù)主要以采動(dòng)地表沉降[10]和巖層移動(dòng)規(guī)律[11]為基礎(chǔ)，均未考慮開(kāi)采誘發(fā)強(qiáng)礦震的影響。對(duì)于地層賦存巨厚巖層的特殊采場(chǎng)條件，由于這類關(guān)鍵巖具有厚度大、強(qiáng)度高、整體性好和距離煤層遠(yuǎn)等特征，巨厚巖層在自身強(qiáng)度和底部煤巖體共同支撐作用下，其控制的覆巖結(jié)構(gòu)影響范圍往往超過(guò)單工作面的影響范圍，采場(chǎng)內(nèi)的某些關(guān)鍵工作面的開(kāi)采將會(huì)引起相鄰甚至多個(gè)采空區(qū)上覆巨厚巖層及覆巖結(jié)構(gòu)相互擾動(dòng)、協(xié)同運(yùn)動(dòng)與聯(lián)動(dòng)失穩(wěn)。因此，這類關(guān)鍵工作面開(kāi)采除本身沖擊地壓危險(xiǎn)程度高之外，同時(shí)誘發(fā)的強(qiáng)礦震也極易對(duì)地面建(構(gòu))筑物造成震動(dòng)損害。本文作者以山東某礦為研究背景，為實(shí)現(xiàn)兼顧地面建(構(gòu))筑物保護(hù)和井下防沖的雙重安全目標(biāo)，在監(jiān)測(cè)分析巨厚巖層狀態(tài)及其覆巖結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出巨厚巖層條件下關(guān)鍵工作面觀點(diǎn)，探討防沖?減震的開(kāi)采優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以期為巨厚巖層礦井災(zāi)害防控提供基礎(chǔ)。

1 工程背景

由于近地表存在重要的保護(hù)設(shè)施，按照我國(guó)“三下開(kāi)采”規(guī)定，并根據(jù)地層厚度i、移動(dòng)角i和相鄰相似礦井的巖移經(jīng)驗(yàn)等，留設(shè)的保護(hù)煤柱寬為250 m。由于前期采用了下行變上行的開(kāi)采方案，造成當(dāng)前孤島工作面開(kāi)采的不利局面。遺留的孤島工作面總寬約350 m，保護(hù)煤柱邊界與孤島工作面之間的采空區(qū)寬度之和約350 m(見(jiàn)圖1)。

圖1 采區(qū)東翼工作面和地面保護(hù)設(shè)施平面圖

圖2 采區(qū)煤層上覆礫巖分布示意圖

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的巨厚礫巖狀態(tài)和覆巖結(jié)構(gòu)特征

由于孤島工作面周邊存在大范圍采空區(qū)，后續(xù)工作面開(kāi)采的沖擊危險(xiǎn)性和誘發(fā)強(qiáng)礦震的可能性直接由采空區(qū)上方的巨厚礫巖狀態(tài)及覆巖結(jié)構(gòu)分布所決定，因此，需要進(jìn)一步分析和判斷采前孤島工作面兩側(cè)巨厚礫巖狀態(tài)和覆巖結(jié)構(gòu)分布特征。

圖3 地表沉降實(shí)測(cè)曲線

圖4 工作面微震觀測(cè)結(jié)果

圖5 不對(duì)稱“Γ”型覆巖空間結(jié)構(gòu)

3 關(guān)鍵工作面及其防沖?減震開(kāi)采優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

當(dāng)前巨厚礫巖未發(fā)生破斷，在其自重和上覆巖層的作用下巨厚礫巖發(fā)生撓曲變形并積聚彈性能，后續(xù)工作面的不斷開(kāi)采必將導(dǎo)致出現(xiàn)1個(gè)能夠引起“Γ”型覆巖空間結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的關(guān)鍵工作面，這個(gè)工作面開(kāi)采的沖擊地壓危險(xiǎn)程度高，同時(shí)巨厚礫巖積聚的大量彈性能瞬間釋放，極易誘發(fā)強(qiáng)礦震并可能造成地面震動(dòng)損害。單純依據(jù)巖層移動(dòng)規(guī)律確定的保護(hù)距離還不能完全保證水利設(shè)施安全，如果強(qiáng)礦震造成水利設(shè)施的震動(dòng)損害，后果將不堪設(shè)想。因此，工作面開(kāi)采設(shè)計(jì)需要兼顧井下防沖和地面減震這2個(gè)方面災(zāi)害防控的目標(biāo)。下面就關(guān)鍵工作面的確定及其開(kāi)采優(yōu)化方法進(jìn)行探討。

3.1 關(guān)鍵工作面觀點(diǎn)的提出

本文中關(guān)鍵工作面定義如下：關(guān)鍵工作面是指控制覆巖大范圍運(yùn)動(dòng)并具有強(qiáng)烈致災(zāi)性的工作面。關(guān)鍵工作面能夠控制或影響覆巖空間分布，其開(kāi)采能夠引起巨厚巖層破斷或覆巖大范圍運(yùn)動(dòng)，決定著動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生類型和危險(xiǎn)程度。從災(zāi)害防控的角度分析，關(guān)鍵工作面是危險(xiǎn)性發(fā)生“質(zhì)變”的工作面，也是開(kāi)采優(yōu)化的重點(diǎn)。

關(guān)鍵工作面“防沖?減震”的開(kāi)采優(yōu)化設(shè)計(jì)思路如下：首先對(duì)不同開(kāi)采順序下巨厚巖層運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和覆巖結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行理論分析，研究工作面開(kāi)采應(yīng)力大小和巨厚巖層彈性能積聚情況，評(píng)估工作面整體穩(wěn)定性和礦震對(duì)地面建(構(gòu))筑物的震動(dòng)損害效應(yīng)，確定關(guān)鍵工作面的相對(duì)位置。其次通過(guò)調(diào)整開(kāi)采接續(xù)、優(yōu)化工作面寬度、降低開(kāi)采強(qiáng)度或者實(shí)施防治措施等，主動(dòng)將誘發(fā)災(zāi)害的關(guān)鍵工作面(不可采)轉(zhuǎn)化為可以安全回采(或者災(zāi)害能夠有效防控制)的工作面。因此，主要的設(shè)計(jì)思路可概括為：根據(jù)厚硬巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律預(yù)計(jì)關(guān)鍵工作面的位置，根據(jù)厚硬巖層下關(guān)鍵工作面防沖―減震的要求，設(shè)計(jì)或優(yōu)化關(guān)鍵工作面的參數(shù)和開(kāi)采方法，提高關(guān)鍵工作面的整體穩(wěn)定性，降低礦震對(duì)地面建(構(gòu))筑物的震動(dòng)損害。關(guān)鍵工作面的確定及其開(kāi)采優(yōu)化的流程如圖6所示。通過(guò)對(duì)不同開(kāi)采方案進(jìn)行對(duì)比分析，最終可以獲得最有利的開(kāi)采方案。

3.2 主要技術(shù)指標(biāo)分析

3.2.1 工作面整體穩(wěn)定性

根據(jù)工作面動(dòng)靜載疊加誘發(fā)沖擊地壓的原理[13]，工作面安全開(kāi)采的應(yīng)力條件如下：采前覆巖自重應(yīng)力及其采空區(qū)巖層轉(zhuǎn)移應(yīng)力形成靜載應(yīng)力(靜態(tài)支承應(yīng)力)，開(kāi)采巨厚巖層及其覆巖結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)等形成動(dòng)載應(yīng)力，靜態(tài)支承應(yīng)力與動(dòng)載應(yīng)力的疊加應(yīng)力不會(huì)造成工作面整體沖擊失穩(wěn)。動(dòng)載應(yīng)力與覆巖結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和開(kāi)采強(qiáng)度有關(guān)，可以通過(guò)高精度微震監(jiān)測(cè)[14]和理論分析[15]得出。一般情況下，回采過(guò)程中煤體附加的動(dòng)載應(yīng)力近似為采前煤體靜態(tài)支承應(yīng)力的倍。因此，回采階段工作面煤體支承應(yīng)力近似為

式中：j為工作面采前煤體靜態(tài)支承應(yīng)力；d為工作面回采過(guò)程中礦震等引起的煤體動(dòng)載應(yīng)力增量；為動(dòng)載系數(shù)。

圖6 關(guān)鍵工作面位置確定及其開(kāi)采優(yōu)化流程圖

式中：為覆巖平均容重。

深井、復(fù)雜覆巖結(jié)構(gòu)條件下的孤島或類孤島工作面開(kāi)采容易發(fā)生工作面整體沖擊失穩(wěn)[16]。分析其原因：以工作面煤體為整體研究對(duì)象，作用在煤體的平均支承應(yīng)力大于工作面煤體平均極限支承能力時(shí)，工作面即具備了發(fā)生整體沖擊失穩(wěn)的條件，其表達(dá)式 如下：

/(4)

式中：為工作面整體失穩(wěn)性指數(shù)，以≥1.0作為工作面整體失穩(wěn)的臨界指標(biāo)；越大表征整體失穩(wěn)的可能性越高，為煤體平均綜合支承強(qiáng)度，與煤體單軸抗壓強(qiáng)度C和煤體圍壓應(yīng)力環(huán)境 有關(guān)。

式中：φ為煤體抗壓系數(shù)，與煤體圍壓近似呈線性關(guān)系。一般情況下工作面中部煤體處于彈性狀態(tài)或三向應(yīng)力狀態(tài)，取最大抗壓系數(shù)=3~5，在工作面邊界煤體處于塑性(破碎)狀態(tài)或單向應(yīng)力狀態(tài)，取最小抗壓系數(shù)≈1；ρ為煤體一側(cè)破碎區(qū)與塑性區(qū)寬度之和，近似取為巷道半徑的3~5倍；為考慮煤體彈、塑性分布的綜合系數(shù)，。根據(jù)式(4)~(5)能夠得到極限穩(wěn)定條件下工作面寬度，再綜合其他技術(shù)因素或安全系數(shù)等，可確定工作面是否處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2.2 礦震對(duì)地面建(構(gòu))筑物震動(dòng)損害

當(dāng)采場(chǎng)的地面臨近區(qū)域存在重要建(構(gòu))筑物時(shí)，工作面開(kāi)采除滿足沖擊地壓防控之外，還需要考慮巨厚巖層運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的強(qiáng)礦震對(duì)地面設(shè)施的震動(dòng)效應(yīng)。巨厚巖層從開(kāi)始懸空至撓曲變形再發(fā)展至極限步距的連續(xù)變形過(guò)程中，其固支端應(yīng)力也逐漸增加直至達(dá)到極限強(qiáng)度，固支端逐漸具備破斷條件，積聚的能量開(kāi)始向固支端區(qū)域轉(zhuǎn)移、突變和集中。

一方面，巨厚巖層在自重及其上覆巖層載荷共同作用下?lián)锨冃危鶕?jù)懸頂系統(tǒng)貯能模型[17]，得到巨厚巖層懸頂結(jié)構(gòu)撓曲彈性能表達(dá)式如下：

或

式中：L和Y分別為巨厚巖層極限破斷前固支端面拉應(yīng)力和壓應(yīng)力彈性應(yīng)變能。

根據(jù)一般巖體強(qiáng)度特征，抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，脆性的巨厚巖層首先發(fā)生拉破斷。圖8所示為巨厚巖層固支端彈性能計(jì)算模型。由圖8可知：固支端受到的拉、壓應(yīng)力以中性面為界且大小相等方向相反，可得

式中：A為巨厚巖層固支端拉應(yīng)力大小；E為巨厚巖層彈性模量。

當(dāng)達(dá)到極限破斷步距即滿足t(巨厚巖層極限抗拉強(qiáng)度)時(shí)，如求得固支端支承邊界長(zhǎng)度之和G，則巨厚巖層積聚彈性量之和近似為

或

在一般情況下，巨厚巖層斷裂過(guò)程中釋放的彈性能大部以熱能、聲發(fā)射等形式釋放，僅少量真正轉(zhuǎn)化為震動(dòng)能，地震效率僅為0.26%~10.00%[18]。同時(shí)，由于地層非均質(zhì)特性，礦震的震動(dòng)波能量沿傳播距離呈乘冪關(guān)系衰減，近似表達(dá)為

式中：j為地震波傳播一定距離后的能量；為地震波傳播空間距離；為與地層介質(zhì)等有關(guān)的衰減常數(shù)。

礦震對(duì)地面質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)效應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的、非線性的復(fù)雜過(guò)程，其物理本質(zhì)卻是能量的轉(zhuǎn)化。地面建(構(gòu))筑物等受到震動(dòng)波能量的攝入產(chǎn)生動(dòng)能，地面單位體積Δ的質(zhì)點(diǎn)單元產(chǎn)生動(dòng)能m為

忽略質(zhì)點(diǎn)單元自身貯存的能量，假定誘發(fā)地面質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)的能量主要來(lái)源于地震波能量傳遞與轉(zhuǎn)化，由于能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中存在能量耗散，設(shè)有倍的地震波震動(dòng)能轉(zhuǎn)化為地面質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能，則能量轉(zhuǎn)化關(guān)系為

式中：∈(0，1)。

結(jié)合式(12)~(14)，推導(dǎo)出由礦震引起的地面質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度的表達(dá)式如下：

質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度與建(構(gòu))筑物穩(wěn)定性的相關(guān)性比與其他震動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)(如位移、加速度等)的更為密切。當(dāng)傳播地震波的介質(zhì)變化時(shí)，震動(dòng)速度雖有一定變化，但較其他物理量而言，震動(dòng)速度與介質(zhì)有較穩(wěn)定的關(guān)系。我國(guó)多采用質(zhì)點(diǎn)震速作為判斷地震等領(lǐng)域震動(dòng)強(qiáng)度的依據(jù)，基本可滿足工程需要。不同建(構(gòu))筑物的允許或安全震動(dòng)速度可參考文獻(xiàn)[19]。

4 工程應(yīng)用與分析

4.1 工作面開(kāi)采初步方案

4.2 高位巨厚礫巖破斷預(yù)計(jì)

4.3 工作面沖擊危險(xiǎn)性分析

非充分采空區(qū)寬度=350 m，取上覆巖層的平均容重=25 kN/m3，煤體單軸抗壓強(qiáng)度C=18.5 MPa，取max=4，min=1，=12 m。考慮工作面開(kāi)采“Γ”型覆巖空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變、頂板運(yùn)動(dòng)劇烈等因素，不同開(kāi)采強(qiáng)度下動(dòng)載效應(yīng)差異較大，分別取動(dòng)載系數(shù)為0(完全靜應(yīng)力狀態(tài))，0.5和0.8，可得煤體平均支承應(yīng)力(強(qiáng)度)與工作面寬度的關(guān)系如圖9所示。從圖9可以看出：煤體平均支承強(qiáng)度隨著工作面寬度增加而增加，并最終趨于穩(wěn)定，工作面寬度小于極限寬度(約80 m)時(shí)具有“整體靜態(tài)失穩(wěn)”的可能性。理論估算工作面極限寬度約為145 m，為滿足沖擊地壓工作面高度安全性要求，考慮巷道、區(qū)段煤柱布置和安全系數(shù)等因素，實(shí)際工作面布置寬度應(yīng)大于175 m。根據(jù)以上分析得到方案①~③均滿足要求，其中方案③對(duì)工作面防沖為最有利。

圖9 不同工作面寬度下的煤體平均支承應(yīng)力(強(qiáng)度)

4.4 礫巖破斷誘發(fā)地面設(shè)施震動(dòng)損害分析

除考慮工作面整體穩(wěn)定性之外，由于采場(chǎng)地面存在重要水利設(shè)施，需要評(píng)估礦震對(duì)水利設(shè)施的震動(dòng)損害效應(yīng)，找到有利于減小震動(dòng)損害的開(kāi)采方案。根據(jù)上述分析結(jié)果可知：方案①~③開(kāi)采礫巖初次破斷時(shí)固支邊總長(zhǎng)度G分別為1 110，1 262和1 559 m，在不考慮其他因素影響情況下，方案①~③的礫巖初次破斷釋放彈性能總量分別約為1.6×1010，1.3×1011和2.1×1011J。按照本文研究方法，估算彈性能釋放誘發(fā)礦震引起地面水利設(shè)施的震動(dòng)速度，計(jì)算分析結(jié)果如表1所示。由表1可知：在不同開(kāi)采方案、震動(dòng)效率情況下，礦震引起的地面水利設(shè)施的質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度不同，表示礦震對(duì)地表水利設(shè)施震動(dòng)影響效應(yīng)不同。方案①開(kāi)采巨厚礫巖破斷引起水利設(shè)施質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度范圍為0.03~0.17 cm/s，明顯小于其他2種方案開(kāi)采礦震引起的水利設(shè)施質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度。運(yùn)行中的水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備允許的質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度為0.5~0.9 cm/s[19]，方案①開(kāi)采礦震引起水利設(shè)施質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度整體遠(yuǎn)低于安全標(biāo)準(zhǔn)，方案②和③開(kāi)采誘發(fā)礦震引起水利設(shè)施的質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度較大，最大震動(dòng)速度接近安全標(biāo)準(zhǔn)，引起水利設(shè)施震動(dòng)損害的可能性比方案①的大。但是，高位巨厚硬巖破斷前的微裂隙發(fā)育、融合并逐漸形成宏觀裂紋需要一定時(shí)間，且不同支承邊界條件下裂隙發(fā)育過(guò)程也不完全同步，實(shí)際過(guò)程中巨厚硬巖呈現(xiàn)多次破斷、分步釋放能量的特征。一般情況下，巨厚礫巖頂板不會(huì)發(fā)生瞬間性的整體結(jié)構(gòu)破斷垮落，同時(shí)出于安全性考慮，計(jì)算選擇的參數(shù)也偏大。因此，礫巖運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的礦震對(duì)地面水利設(shè)施產(chǎn)生“震動(dòng)損害”的可能性極小，分析結(jié)果可為開(kāi)采方案優(yōu)化及選擇提供重要支持。

表1 礦震分析結(jié)果

注：∈[0.26%, 10.00%][18]。

4.5 開(kāi)采方案確定

該設(shè)計(jì)方案已在山東某試驗(yàn)礦井得到了應(yīng)用，并取得了較好的實(shí)踐效果。

5 結(jié)論

1) 采場(chǎng)存在巨厚巖層賦存時(shí)，巨厚巖層運(yùn)動(dòng)及其覆巖結(jié)構(gòu)失穩(wěn)誘發(fā)的強(qiáng)礦震能夠引起2類典型動(dòng)力災(zāi)害：井下沖擊地壓和地面建(構(gòu))筑物震動(dòng)損害。

2) 提出關(guān)鍵工作面的觀點(diǎn)及其評(píng)估指標(biāo)，闡述關(guān)鍵工作面“防沖?減震”的開(kāi)采優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。以工作面整體穩(wěn)定性和礦震對(duì)地面建(構(gòu))筑物的震動(dòng)損害為指標(biāo)，確定關(guān)鍵工作面位置，通過(guò)調(diào)整開(kāi)采接續(xù)、優(yōu)化工作面寬度、降低開(kāi)采強(qiáng)度或?qū)嵤┓乐未胧┑葘⒄T發(fā)災(zāi)害的關(guān)鍵工作面(不可采)轉(zhuǎn)化為可以安全回采(或?yàn)?zāi)害能夠有效防控制)的工作面。

3) 運(yùn)用本文方法對(duì)山東某礦井下開(kāi)采設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定滿足防沖安全的工作面寬度，并最終得到最有利于“防沖?減震”的開(kāi)采方案。

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(編輯 伍錦花)

Design of rock burst prevention and mine-quake reduction in key longwall panel under super-thick strata

ZHANG Ming1, 2, JIANG Fuxing2, LI Keqing2

(1. State Key Laboratory of Mining-induced Response and Disaster Prevention and Control in Deep Coal Mines,Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China;2. School of Civil and Resources Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

To avoid rock burst and surface building damages induced by super-thick strata movement, design methods of key longwall panels were studied taking both surface building seismic reduction and rock burst into consideration, based on a mine with super-thick strata in Shandong Province. Analysis methods of in-situ testing, theoretical analysis, as well as engineering practice were used. The results show that the mining extent on both sides of the isolated coal pillar is different. In non-full mining areas, the overlying high-position super-thick conglomerate and the isolated coal pillar at the bottom form the “Γ” shape overlying strata spatial structure. There exists a key longwall panel when mining under super-thick strata, and it can be evaluated by the overall stability and surface building damage induced by mine-quakes. The determination of key longwall panel and optimization methods of rock burst prevention and seismic reduction are clarified. A reasonable mining design is determined by employing the above optimized method and produces good results in productive practice.

super-thick strata; mine-quake; rock burst; key longwall panel; optimization design

10.11817/j.issn.1672-7207.2018.02.024

TD324

A

1672?7207(2018)02?0439?09

2017?03?21；

2017?05?26

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0801408, 2017YFC0804202)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51574008, 51674014)；深部煤礦采動(dòng)響應(yīng)與災(zāi)害防控安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(KLDCMERDPC17107) (Projects(2016YFC0801408, 2017YFC0804202) supported by the National Key Research and Development Program of China; Projects(51574008, 51674014) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(KLDCMERDPC17107) supported by the Foundation of Key Laboratory of Mining-induced Response & Disaster Prevention and Control in Deep Coal Mines of Anhui Province)

張明，博士，講師，從事礦山壓力與巖層控制和沖擊地壓防治等研究：E-mail: ok_ming_ming@126.com