硬厚砂岩顶板垮落引燃采空区瓦斯机制初步研究

高瓦斯煤层上部赋存硬厚砂岩顶板时,因顶板垮落引燃采空区内瓦斯甚至导致瓦斯爆炸事故时有发生。以夏阔坦煤矿下10煤层1007工作面开采为工程背景,采用室内实验和理论分析的方法,研究岩石摩擦效应引燃瓦斯的点火源、断裂岩层滑落失稳发生条件、边界支承条件和破断阶段对断裂岩层发生滑落失稳的影响。该工程地质条件下研究结论表明,坚硬砂岩摩擦过程产生的热量能够引燃瓦斯,与摩擦过程产生的火花束和高温岩粉流相比,高温热摩擦面更易引燃瓦斯,是主要点火源。顶板岩层初次破断后,岩层侧向破断尺寸与岩层厚度比值di/h常大于2.6;顶板周期性破断时,岩层侧向破断尺寸与岩层厚度比值di/h常小于2,顶板岩层周期性破断期间更易发生滑落失稳。边界支承条件对岩层滑落失稳发生影响较大,岩层破断时简支边界较固支边界更易发生滑落失稳,厚度大于11 m的岩层初次破断时、厚度大于4 m的岩层周期破断时,在简支边界处即可满足滑落失稳发生条件。当工作面上部为已采空区域,采场上部破断三角岩块是硬砂岩顶板垮落引燃采空区瓦斯的危险区域,可从顶板弱化和瓦斯治理两个方面开展防治工作。     

基于3DEC的采空区顶板垮落形成摩擦面位置分析

基于夏阔坦煤矿1007工作面生产实际,运用矿山压力理论,采用3DEC数值模拟软件,研究了因顶板失稳摩擦引燃采空区瓦斯的危险区域。结果表明,当采空区内顶板岩层发生"O-X"破断后,体积较小的弧三角岩块具有较高发生滑落失稳的可能性,弧三角岩块易沿倾斜破断迹线发生滑落失稳摩擦。从顶板运动控制层面防治岩层破断失稳引燃采空区瓦斯事故,应重点对工作面端部弧三角区域岩层进行处理,使其及时垮落,减小垮落步距。