曹建濤，來興平，崔 峰，單鵬飛

(1.西安科技大學(xué) 能源學(xué)院，陜西 西安 710054；2.教育部 西部礦井開采及災(zāi)害防治重點實驗室，陜西 西安 710054)

急斜特厚煤層開采擾動區(qū)(MDZ)煤巖體動力學(xué)變形失穩(wěn)過程分析

曹建濤1，2，來興平1，2，崔 峰1，2，單鵬飛1，2

(1.西安科技大學(xué) 能源學(xué)院，陜西 西安 710054；2.教育部 西部礦井開采及災(zāi)害防治重點實驗室，陜西 西安 710054)

為研究急斜特厚煤層開采擾動區(qū)(Mining Disturbed Zone，MDZ)內(nèi)煤巖動力學(xué)災(zāi)害控制問題，綜合利用現(xiàn)場聲發(fā)射(Acoustic Emission，AE)與光學(xué)鉆孔影像(Borehole Optical Image，BOI)技術(shù)方法，并依托烏魯木齊礦區(qū)急斜特厚煤層煤巖體動力學(xué)災(zāi)害控制為工程背景，揭示了急斜特厚煤層開采環(huán)境條件下深部開采擾動區(qū)結(jié)構(gòu)演化特征。結(jié)果表明：急斜煤層深部煤巖破裂與變形過程中“波-力”指標演化分為5個階段(初始壓密→破裂萌生→破裂加速→整體破壞→能量急劇釋放)；開采擾動區(qū)內(nèi)覆層煤巖體局部動態(tài)演化特征顯著，主要表現(xiàn)為局部應(yīng)力畸變誘發(fā)煤巖體整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和致災(zāi)；煤巖體變形破壞致災(zāi)是開采深度、煤巖體稟賦性、頂?shù)装鍔A持結(jié)構(gòu)及應(yīng)力非對稱效應(yīng)共同作用結(jié)果，為急斜特厚煤層動力學(xué)災(zāi)害預(yù)報預(yù)測提供依據(jù)。

急斜特厚煤層；煤巖體；動力學(xué)變形破裂；聲發(fā)射；鉆孔光學(xué)影像

0 引 言

煤巖體缺陷具有隱蔽性與時空變異性，應(yīng)力畸變與重構(gòu)易導(dǎo)致大尺度片幫冒頂與動力學(xué)災(zāi)害[1]。開采擾動區(qū)(Mining Disturbed Zone，MDZ)煤巖體動力學(xué)失穩(wěn)致害研究進展積極，姜福興[2]等研究了微震監(jiān)測預(yù)警方法與裝置系統(tǒng)，夏永學(xué)[3]等完善了5個物理意義明確且具有應(yīng)用價值的危險預(yù)測指標。另外，地質(zhì)雷達(Ground Penetrating，GPR)、SOS(Seismological Observation System)、聲發(fā)射(Acoustic Emission，AE)、鉆孔光學(xué)攝像(Borehole Optical Imaging，BOI)和PASAT-M等系統(tǒng)集成與傳統(tǒng)方法聯(lián)合應(yīng)用，對復(fù)雜煤巖體動力失穩(wěn)致災(zāi)中能量積聚、轉(zhuǎn)移和釋放過程進行預(yù)測，為安全開采、災(zāi)害控制和減損起到了至關(guān)重要的作用[4-6]。烏魯木齊礦區(qū)是典型急傾斜(45°～87°)特厚(均厚50 m)煤層富集區(qū)和集約化開發(fā)區(qū)，賦存30多層厚度與間距不同的急傾斜煤層群。烏東煤礦(1 000萬t/a)急斜特厚煤層水平分段綜放工作面始終處于“頂空開采”條件下(由于采用水平分段綜采放頂煤采煤法，上分段工作面回采過后形成超規(guī)模的長距離、高斜度的大尺度采空區(qū)，下分段工作面回采時，工作面頂部為遺留頂煤、垮落的頂?shù)装鍘r石及地表黃土所形成的松散煤巖體結(jié)構(gòu))，且頻繁面臨采空區(qū)內(nèi)部不確定性失穩(wěn)問題[7-9]。隨采深(400 m)增加，采空區(qū)內(nèi)煤巖體失穩(wěn)誘發(fā)的動力學(xué)災(zāi)害及衍生災(zāi)害問題更加尖銳。2010年9月至2011年10月，曾發(fā)生10多次動力破壞現(xiàn)象，嚴重制約安全開采[10]。以烏魯木齊礦區(qū)烏東煤礦急斜特厚煤層安全開采為背景，采用綜合方法與手段，揭示急斜煤巖體變形與破壞演化規(guī)律，為礦井動力災(zāi)害預(yù)報與控制提供依據(jù)。

1 急斜特厚煤層開采擾動區(qū)結(jié)構(gòu)特征

圖1 烏魯木齊礦區(qū)(烏東礦)急斜煤層賦存特征Fig.1 Characteristics of steep coal seams at Wudong mine of Urumqi coal field

圖2 MDZ結(jié)構(gòu)特征Fig.2 MDZ structure characteristics

烏魯木齊礦區(qū)是典型急傾斜(45°～87°)特厚煤層富集區(qū)。目前最大采深達400 m，如圖1，圖2與圖3所示，始終頂空(區(qū))開采是深部開采擾動區(qū)(Mining Disturbed Zone，MDZ)水平分段綜放工作面典型特征之一。深部煤巖體動態(tài)破裂變形，極易導(dǎo)致強度與變形畸變、結(jié)構(gòu)動力學(xué)失穩(wěn)與誘發(fā)動力學(xué)災(zāi)害?，F(xiàn)場地質(zhì)鉆孔和雷達探測表明，急傾斜深部煤巖分層特性與巖層巖性差異性極大，強弱巖層的組合嚴重影響了煤巖層的受力變形，易產(chǎn)生層間滑動。水平分段綜放頂采場結(jié)構(gòu)和采掘關(guān)系的顯著特點是始終頻臨采空區(qū)。工作面上方采空區(qū)不均衡垮落和沉降，形成載荷集中區(qū)，且局部不均勻受力，煤柱沿垂直剖面形成“塔形”分布結(jié)構(gòu)，最底層水平分段煤柱所受載荷產(chǎn)生應(yīng)力疊加，誘致煤柱斷裂。加之煤層傾角大，開采擾動下煤巖體產(chǎn)生非對稱性“撬動”作用力，致使集中載荷突然卸荷，導(dǎo)致煤巖體結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)，對工作面形成動力學(xué)破壞。巷道出現(xiàn)嚴重底臌幫鼓與冒頂，最大底鼓達1.2 m；兩幫收縮量最大達1.0 m，收縮率達20.8%，煤巖體能量突然釋放使巷道內(nèi)風(fēng)筒與錨網(wǎng)撕裂、錨桿失效和皮帶側(cè)翻(圖3)等現(xiàn)象，增加了開采難度。

圖3 采動作用下巷道煤巖動力學(xué)破壞情況Fig.3 Dynamic damage of coal-rock mass of roadway under mining disturbance

2 急斜特厚煤巖變形與破裂AE特征

煤巖破裂聲發(fā)射(Acoustic emission，AE)技術(shù)為現(xiàn)場工程穩(wěn)定性預(yù)測預(yù)報提供了1種有效信息獲取手段。以烏東煤礦南采區(qū)B3+6煤層工作面回采過程中開采擾動區(qū)內(nèi)煤巖體失穩(wěn)預(yù)測預(yù)報研究為工程背景，通過聲發(fā)射與PASAT-M現(xiàn)場煤巖動態(tài)破裂與失穩(wěn)聯(lián)合監(jiān)測[11]，具體針對+501水平B3+6煤層工作面回采過程中開采擾動區(qū)內(nèi)煤巖破裂與變形，揭示受動力作用下急斜特厚煤巖破裂與失穩(wěn)時AE大事件和能率特征及規(guī)律(圖4)。

圖4 煤巖體破裂與失穩(wěn)聲發(fā)射(AE)特征Fig.4 AE characteristics of coal-rock mass crack and instability

如圖4所示，+501水平B3+6煤層工作面煤巖體破裂與失穩(wěn)聲發(fā)射數(shù)據(jù)分析，認為急斜煤巖體破裂失穩(wěn)分為5個階段：初始壓密(ST-1)、破裂萌生(ST-2)、破裂加速(ST-3)、整體破壞(ST-4)和能量急劇釋放(ST-5)，各階段破裂演化變化特征如下。

1)初始壓密(ST-1)：AE總事件與能率波動較小，這與室內(nèi)小尺測試結(jié)果基本吻合；

2)破裂萌生(ST-2)：煤巖體發(fā)生彈性變形，但其運動相對劇烈，與ST-1相比，AE總事件和能率明顯加大，持續(xù)時間相對較長(約28.0 min)，約占總過程60%；

3)破裂加速(ST-3)：煤巖體內(nèi)部在前2個階段中聚集能量釋放，AE總事件和能率增加，煤巖破裂速率與范圍大幅增加，AE峰值倍增。總事件和能率均達到峰值，最大值分別為1 071個/s和4 974，持續(xù)時間短，僅為3.6 min；

4)整體破壞(ST-4)：煤巖體破壞加速累積導(dǎo)致整體破壞，AE總事件和能率都達到峰值后，AE信號有所下降，但幅度處于高位水平，儲能大量釋放，承載力顯著下降。但煤巖體仍具有一定承載能力，持續(xù)時間為33.0～39.0 min，約占總過程14%，此階段持續(xù)時間較短且變形破壞十分劇烈，使裂隙貫穿溝通，將儲能大量釋放，形成整體破壞，但結(jié)構(gòu)仍具有承載載荷的能力，現(xiàn)場開采時應(yīng)重點監(jiān)測此時段，并采取預(yù)防措施；

5)能量急劇釋放(ST-5)：AE總事件和能率驟然釋放與重構(gòu)擴展，總事件和能率峰值分別為771個/s和4 303，約占總過程14%.動力學(xué)災(zāi)害往往就在這一階段發(fā)生，由于在(ST-4)階段使煤巖體原有連續(xù)結(jié)構(gòu)受到破壞，破碎后煤巖體形成的結(jié)構(gòu)體十分脆弱，在外界擾動載荷作用下，尤其在實施超前預(yù)爆破和注水軟化技術(shù)措施時，極易產(chǎn)生動力失穩(wěn)災(zāi)害。

基于聲發(fā)射對煤巖體能量積聚和釋放的前兆信息研究，可對煤巖體變形破壞過程進行科學(xué)的預(yù)測預(yù)報。

3 煤巖體內(nèi)不同深部破裂與變形光學(xué)觀測

煤巖體局部化破裂孕育演化與失穩(wěn)致災(zāi)，實質(zhì)上是煤巖體局部結(jié)構(gòu)與應(yīng)力環(huán)境作用的動力學(xué)演化過程。從現(xiàn)場鉆孔光學(xué)攝像(Borehole Optical Imaging，BOI)觀測結(jié)果(圖5)可看出，鉆孔內(nèi)部煤體出現(xiàn)顯著變形、破裂與坍塌，煤巖體發(fā)生破裂和剪滑，裂隙邊界點上兩點間產(chǎn)生相對位移，沿鉆孔縱向和橫向發(fā)生擴張或移動，煤巖體的徑向和切向應(yīng)力明顯增大，局部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，壓縮應(yīng)力和剪切應(yīng)力致使巖體產(chǎn)生動態(tài)破裂與畸變失穩(wěn)。在鉆孔不同深度和不同位置破裂長度和寬度也不盡相同，破壞形式迥異，表明煤巖體內(nèi)部不同位置應(yīng)力集中程度與局部應(yīng)力卸荷梯度完全不同，極易產(chǎn)生局部區(qū)域變形破壞帶并誘發(fā)動力學(xué)破壞。現(xiàn)場鉆孔光學(xué)攝像技術(shù)的實施以監(jiān)測+501水平B3和B6巷道圍巖變形破壞為目的，獲取其相應(yīng)的光學(xué)觀測結(jié)果。圖5描述了現(xiàn)場煤巖體內(nèi)部不同深部破裂與變形光學(xué)觀測結(jié)果。

圖5 現(xiàn)場煤巖體內(nèi)部不同深部破裂與變形光學(xué)觀測結(jié)果Fig.5 Observation results of coal-rock mass inner spalling and deformation by BOI at field different depth

4 煤巖體動力學(xué)變形破壞綜合分析

煤巖體賦存性、稟賦性和結(jié)構(gòu)性及相互關(guān)系獨特，煤巖應(yīng)力重新分布、變形破壞和煤巖體結(jié)構(gòu)重組是3個典型演化過程，開采擾動區(qū)煤巖體變形破壞致災(zāi)是開采深度、煤巖體稟賦性、頂?shù)装鍔A持結(jié)構(gòu)及應(yīng)力非對稱特性等共同作用結(jié)果。

4.1 開采深度影響

隨煤層開采深度的增大，開采采空區(qū)影響范圍的增大，作用在煤巖體結(jié)構(gòu)上的載荷在不斷地發(fā)生變化，引發(fā)EDZ內(nèi)覆層結(jié)構(gòu)載荷調(diào)整與重構(gòu)，由于煤巖體在原始載荷和開采擾動作用下，煤巖體的強度會隨時間的增長在載荷作用下逐漸退化，引發(fā)變形及結(jié)構(gòu)畸變，局部煤巖體發(fā)生破壞與動態(tài)失穩(wěn)，造成整體結(jié)構(gòu)“活化”，促使結(jié)構(gòu)發(fā)生不斷地演化。一方面在外界載荷作用下不斷積蓄應(yīng)變能，另一方面由于結(jié)構(gòu)基本單元的流變性和節(jié)理裂隙的擴展使得結(jié)構(gòu)剛度下降。開采擾動下，當(dāng)動力載荷的作用使結(jié)構(gòu)達到能量破壞極限，造成能量釋放并誘發(fā)動力學(xué)失穩(wěn)和連鎖型破壞。

4.2 煤巖物理力學(xué)性質(zhì)

煤巖物理力學(xué)稟賦特征是誘發(fā)工程災(zāi)害的主要原因之一。急斜特厚煤層EDZ內(nèi)基本頂和底板為粉砂巖和砂巖，脆性大，儲能高。急傾斜煤層由含煤地系煤巖層固有屬性決定，其中煤巖層厚度不同，且力學(xué)強度有強弱組合，部分巖層含有節(jié)理裂隙等弱結(jié)構(gòu)面，由于含煤巖系的分層特性差異，巖層巖性差異性極大，形成強、弱巖層的不同組合，強弱巖層的組合是影響受力變形和發(fā)生順層滑動的重要條件，軟弱巖層是潤滑層，其動力學(xué)失穩(wěn)孕育和發(fā)生物理過程復(fù)雜，在整體巖層活動中各巖層的作用不同，較為堅硬且厚的巖層在巖層運動過程中起到關(guān)鍵控制作用；較為軟弱且薄的巖層，不能承載上覆巖層作用的載荷，且對下覆巖層發(fā)生傳遞且增加載荷的作用。強弱巖層的組合嚴重影響了巖層的受力變形情況，在強、弱巖層間，極易產(chǎn)生層間相對運動，將會發(fā)生離層或冒落現(xiàn)象?，F(xiàn)場AE監(jiān)測(圖6(a))和原位應(yīng)力測試結(jié)果表明，頂?shù)装鍘r層抗壓強度約47 MPa具備發(fā)生動力學(xué)失穩(wěn)破壞稟賦條件。

4.3 頂?shù)装鍔A持作用

急斜特厚煤層水平分段綜放開采工作面沿煤層厚度布置(長約50.0 m)，沿煤層走向推進，工作面兩端為煤層頂?shù)装?。?dāng)載荷集中后，超過煤體所承受的載荷極限時產(chǎn)生卸荷，誘致煤體破碎并加速擴展演化，但受頂?shù)装鍔A持作用(圖6(b))，應(yīng)力難以向更深層位煤巖體內(nèi)擴展轉(zhuǎn)移與調(diào)整并形成集中載荷，導(dǎo)致動力學(xué)破壞發(fā)生。

圖6 深部開采擾動區(qū)煤巖運動特征Fig.6 Movement characteristics of coal-rockmass in deep EDZ

4.4 采動擾動作用下煤巖體應(yīng)力非對稱作用

在急斜特厚煤層水平分段綜放開采中，隨頂煤不斷放出，工作面空間尺度加大，煤巖體在頂?shù)装逯g易形成跨層拱結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生非對稱效應(yīng)。數(shù)值計算與現(xiàn)場監(jiān)測綜合分析(圖6)表明[12-14]，采動擾動作用下煤巖破裂失穩(wěn)頻繁，持續(xù)時間短，強度高。載荷由初始的6.0 MPa升至8.0 MPa時，頂煤發(fā)生破壞引發(fā)拱結(jié)構(gòu)二次破壞并釋放應(yīng)力，煤巖體載荷恢復(fù)至6.0 MPa，頂煤大范圍失穩(wěn)并充填采空區(qū)，導(dǎo)致老頂失去法向支撐并發(fā)生變形，煤巖體結(jié)構(gòu)承受載荷再次升高；當(dāng)載荷升高至12.0 MPa時導(dǎo)致老頂發(fā)生失穩(wěn)，使煤巖體結(jié)構(gòu)承受載荷徹底釋放。另外，急斜煤柱左幫與上方均存在水平應(yīng)力集中(圖6(b))，受水平和垂直應(yīng)力雙重影響。頂板承受垂直應(yīng)力較大，非對稱作用顯著，易產(chǎn)生底鼓現(xiàn)象。

根據(jù)開采過程中動壓作用特征規(guī)律，現(xiàn)場采取超前注水、卸壓洞室和控制開采速度等措施，實現(xiàn)了動壓破壞的科學(xué)調(diào)控，保障了安全生產(chǎn)。

5 結(jié) 論

急斜開采擾動區(qū)煤巖動力學(xué)失穩(wěn)制約安全開采。通過對烏魯木齊礦區(qū)急斜煤層煤巖動力學(xué)變形破壞與演化特征規(guī)律綜合分析，得出如下結(jié)論

1)急斜特厚煤層開采環(huán)境與條件獨特，煤巖體動態(tài)破裂變形易導(dǎo)致強度與變形畸變、結(jié)構(gòu)動力學(xué)失穩(wěn)與誘發(fā)動力學(xué)災(zāi)害；

2)現(xiàn)場綜合監(jiān)測結(jié)果表明，急斜特厚煤巖體局部化破裂孕育演化與失穩(wěn)致災(zāi)，實質(zhì)上是煤巖體局部結(jié)構(gòu)與應(yīng)力環(huán)境作用的動力學(xué)演化過程；

3)開采擾動區(qū)煤巖體變形破壞致災(zāi)是開采深度、煤巖體稟賦性、頂?shù)装鍔A持和結(jié)構(gòu)及應(yīng)力非對稱效應(yīng)等共同作用結(jié)果，為急斜特厚煤層深部動力學(xué)災(zāi)害預(yù)報控制提供依據(jù)。

References

[1] 謝和平，周宏偉，薛東杰，等.煤炭深部開采與極限開采深度的研究與思考[J].煤炭學(xué)報，2012，37(4)：535-542.

XIE He-ping，ZHOU Hong-wei，XUE Dong-jie，et al.Research and consideration on deep coal mining and critical mining depth[J].Journal of China Coal Society，2012，37(4)：535-542.

[2] 姜福興，苗小虎，王存文，等.構(gòu)造控制型沖擊地壓的微地震監(jiān)測預(yù)警研究與實踐[J].煤炭學(xué)報，2010，35(6)：900-903.

JIANG Fu-xing，MIAO Xiao-hu，WANG Cun-wen，et al.Predicting research and practice of tectonic-controlled coal burst by microseismic monitoring[J].Journal of China Coal Society，2010，35(6)：900-903.

[3] 夏永學(xué)，康立軍，齊慶新，等.基于微震監(jiān)測的5個指標及其在沖擊地壓預(yù)測中的應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報，2010，35(12)：2 011-2 016.

XIA Yong-xue，KANG Li-jun，QI Qing-xin，et al.Five indexes of microseismic and their application in rock burst forecastion[J].Journal of China Coal Society，2010，35(12)：2 011-2 016.

[4] 王寧波，張 農(nóng)，崔 峰，等.急傾斜特厚煤層綜放面采場運移與巷道圍巖破裂特征[J].煤炭學(xué)報，2013，38(8)：1 312-1 318.

WANG Ning-bo，ZHANG Nong，CUI Feng，et al.Characteristics of stope migration and roadway surrounding rock fracture for full-mechanized top-coal caving face in steeply dipping and extra-tick coal seam[J].Journal of China Coal Society，2013，38(8)：1 312-1 318.

[5] 來興平，欒小東，伍永平，等.開采擾動區(qū)變尺度采空區(qū)覆巖介質(zhì)動態(tài)損傷實驗[J].煤炭學(xué)報，2007，32(9)：902-904.

LAI Xing-ping，LUAN Xiao-dong，WU Yong-ping，et al.Experiment on dynamical damage of overburden-rock media at various scale mined-out area in excavation disturbed zone[J].Journal of China Coal Society，2007，32(9)：902-904.

[6] 王寧波，張 農(nóng)，藍海東，等.急傾斜特厚煤層采空區(qū)現(xiàn)場地面與地下協(xié)同探測與分析[J].西安科技大學(xué)學(xué)報，2013，33(1)：7-11.

WANG Ning-bo，ZHANG Nong，LAN Hai-dong,et al.Analysis of field surface and underground coordination detection to mined-out-area surrounding steep-heavy thickness coal seam[J].Journal of Xi’an University of Science and Technology，2013，33(1)：7-11.

[7] LAI Xing-ping，CAI Mei-feng，REN Fen-hua，et al.Assessment of rockmass characteristics and the excavation disturbed zone in the Linxin Coal Mine beneath the Xitian river，China[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Science，2006，43(4)：572-581.

[8] LAI Xing-ping，CAI Mei-feng，Xie M W，et al.In situ monitoring and analysis of rockmass behavior prior to collapse of the main transport roadway in Linglong Gold Mine，China[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Science，2006，43(4)：640-646.

[9] 石平五，張幼振.急斜煤層放頂煤開采“跨層拱”結(jié)構(gòu)分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，25(1)：79-82.

SHI Ping-wu，ZHANG You-zhen.Structural analysis of arch of spanning strata of top coal caving in steep seam[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2006，25(1)：79-82.

[10] 來興平，王寧波，張國輝，等.急傾斜特厚煤層深部煤巖動力災(zāi)害防治關(guān)鍵技術(shù)研究[R].西安：西安科技大學(xué)，2013.

LAI Xing-ping，WANG Ning-bo，ZHANG Guo-hui，et al.Research on key technology of deep coal and rock dynamic disasters prevention and control in steeply dipping-extra-tick coal seam[R].Xi’an：Xi’an University of Science and Technology，2013.

[11] 張新戰(zhàn)，藍 航，王 建，等.烏東礦PASAT-M微震煤體應(yīng)力分布規(guī)律探測[R].北京：煤炭科學(xué)研究總院北京開采設(shè)計分院，2013.

ZHANG Xin-zhan，LAN Hang，WANG Jian，et al.PASAT-M stress distribution of coal microseismicdetection in Wudong coal[R].Beijing：Coal Mining and Design Brunch，China Coal Research Institute，2013.

[12] 王石成，來興平，趙建會，等.急斜煤層預(yù)爆破頂煤裂隙特征鉆孔光學(xué)測定[J].西安科技大學(xué)學(xué)報，2011，31(2)：153-156.

WANG Shi-cheng，LAI Xing-ping，ZHAO Jian-hui，et al.Borehole opticsmeasurement for pre-blasting top coal crack characteristics in steep and thick coal seam[J].Journal of Xi’an University of Science & Technology，2011，31(2)：153-156.

[13] 張 偉，來興平，漆 濤，等.急斜特厚煤層動力學(xué)失穩(wěn)現(xiàn)場聲發(fā)射監(jiān)測[J].西安科技大學(xué)學(xué)報，2011，31(3)：253-255.

ZHANG Wei，LAI Xing-ping，QI Tao，et al.Acoustic emission monitoring for dynamic destabilization of heavy and steep coal seam[J].Journal of Xi’an University of Science & Technology，2011，31(3)：253-255.

[14] 鄒 磊，來興平，王寧波，等.復(fù)雜地質(zhì)條件下急斜厚煤層巷道變形特征[J].西安科技大學(xué)學(xué)報，2010，30(2)：145-149.

ZOU Lei，LAI Xing-ping，WANG Ning-bo，et al.Roadway deformation characteristics of steep-thick coal seam under complicated geological conditions[J].Journal of Xi’an University of Science & Technology，2010，30(2)：145-149.

Characteristics on dynamical deformation and instability of coal and rock mass in Mining Disturbed Zone(MDZ)of steeply dipping heavy thick coal seams mining

CAO Jian-tao1，2，LAI Xing-ping1，2，CUI Feng1，2，SHAN Peng-fei1，2

(1.CollegeofEnergyScienceandEngineering,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,China； 2.KeyLaboratoryofWesternMineExplorationandHazardPrevention，MinistryofEducation，Xi’an710054，China)

Controlling dynamical instability of coal and rock mass in mining disturbed zone(MDZ)is a significant task of safe mining relating to steeply dipping heavy thick coal seams.Aiming at the dynamic hazards controlling goal of coal-rock mass in Urumqi coal field，this paper focused on the revealing of structure evolution characteristics for mining disturbed zone.The results show that process of dynamical deformation and cracking in coal and rock mass is defined as five stages，which are initial compression，cracking producing，cracking acceleration，overall damage and energy rapid releasing.Local dynamical deformation of overlying stratum in coal and rock mass is particularly obvious within EDZ，which would result in structure instability and hazards.Coal and rock mass failure disaster in deeper MDZ related to mining depth，essential of coal and rock，roof and floor grip and their asymmetric dependence of structure and stress.Those provided some theoretical evidence for prediction and controlling of dynamical hazard in steeply dipping heavy thick coal seams.

steeply dipping heavy thick coal seams；coal and rock mass；dynamical deformation；acoustic emission(AE)；borehole optical imaging(BOI)

2015-05-10 責(zé)任編輯：劉 潔

國家自然科學(xué)基金(煤炭聯(lián)合基金)重點項目(U13612030);陜西省重點科技創(chuàng)新團隊計劃(2013KCT-16);博士啟動基金(2014QDJ069);博士培育基金(2014051).

曹建濤(1981-),男,山西大同人,博士,講師,E-mail：463583050@qq.com

10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2015.0401

1672-9315(2015)04-0397-06

TD 73

A