大埋深冲击地压矿井矢量应力在支护体系中的应用

王志宝 闫春来

（山东省兖州市大统矿业有限公司，山东 兖州 273100）

1 概述

星村煤矿位于济宁市兖州区以东约15 km，曲阜市西南约10 km，曲阜市陵城镇附近。井田范围东起峄山断层，西至曲阜井田的31 勘探线，北以F40 断层为界，南以滋阳断层与兴隆庄井田和东滩井田相邻。矿井于2003 年2 月开工建设，2006 年10 月投产。矿井设计生产能力为45 万t/a，2015 年核定生产能力为90 万t/a。

星村煤矿是山东省乃至全国典型的大埋深冲击地压矿井，部分区域埋藏深度超过1200 m，属深部开采矿井。该矿委托中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室测定开采的三煤具有强冲击倾向性，采掘过程中有煤炮动力现象。矿井自投产以来曾发生过几次冲击地压事故，给企业带来巨大的安全风险和经济损失。矿井冲击地压事故难防难治，最主要的手段是强监测、强卸压、强支护，其中又以强支护为重中之重。如何经济有效地对煤巷进行支护，优化支护体系的同时保证支护的强度是首要问题。

以星村煤矿七采区为例，煤巷巷道开掘过程中，后部已支护巷道频繁出现锚索支护失效现象。针对此问题提出矢量应力的概念并对现有支护体系进行优化升级，确保矿井煤巷掘进安全生产。

2 矢量应力的提出

2.1 矢量应力的概念

通常采用三个法向应力来表示煤体的应力环境：σ1、σ2、σ3分别代表最大、中间、最小三个主应力，相应用σv、σH、σh分别代表垂向、水平最大、水平最小主应力。

根据煤受力的现象，将矢量应力的概念概括为既有大小又有方向的应力。……