Numerical simulation study on mining method for anti rock burst in different steeply inclined extra-thick coal seam
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摘要:
以某急倾斜特厚煤层矿井南采区B1+2、B3-6煤层开采为工程背景，结合理论分析、数值模拟手段，对比研究了急倾斜煤层水平分段开采和倾斜分段开采对冲击地压防治的作用。结果表明：同水平B3-6煤层开采前，水平分段开采应力集中区主要位于巷道上下方围岩以及采空区下方煤体，倾斜分段开采应力集中区转移至低水平侧的采空区下方尖角区域煤体以及低水平侧巷道上下方围岩；相较于水平分段开采，倾斜分段开采高水平侧巷道上下方围岩应力峰值降低了10～20 MPa，应力集中巷道从4条减少为2条；同水平先采B3-6煤层可弱化水平应力传递，对后采的B1+2煤层具有卸压保护作用。此外，在倾斜分段开采条件下，倾斜采空区可进一步弱化水平应力传递，对高水平侧巷道具有卸压保护作用；基于综合对比，顺向倾斜分段开采的巷道上下方围岩应力水平更低，巷道变形程度最低，更利于冲击地压防治。
Abstract:This study takes the mining of B1+2 and B3-6 coal seams in the southern mining area of a steep and thick coal seam mine as the engineering background, and combines theoretical analysis and numerical simulation methods to compare and study the effects of horizontal and inclined segmented mining of steep and thick coal seams on the prevention and control of rock burst. The results show that: before mining the B3-6 seam at the same level, the stress concentration area of horizontal sectional mining is mainly located in the surrounding rock above and below the roadway and the coal body below the gob, while the stress concentration area of inclined sectional mining is shifted to the coal body at the sharp corner area below the gob and the surrounding rock above and below the roadway at the low level side; compared with horizontal sectional mining, the peak stress in the surrounding rock above and below the high level side roadway of inclined sectional mining is reduced by 10-20 MPa, and the stress concentration roadway is reduced from 4 to 2; mining the B3-6 coal seam first at the same level can weaken the horizontal stress transfer, and it has the function of pressure relief protection for the B1+2 coal seam mined later. In addition, under the condition of inclined sectional mining, the inclined gob can further weaken the horizontal stress transfer, and it has the function of pressure relief protection for the high level side roadway; based on comprehensive comparison, it is believed that the stress level of the surrounding rock above and below the roadway is lower and the degree of deformation of the roadway is the lowest, which is more conducive to the prevention and control of rock burst.
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冲击地压有效防治是世界难题。2022年我国原煤产量达到45.6亿t，煤炭消费量占能源消费比重56.2%[1]。近年来，随着我国东部地区煤炭资源枯竭，煤炭开采逐渐向西部地区转移。我国西部矿区急倾斜煤层占据较大比例，由于其地质构造的独特性，冲击地压发生的强度和频度也逐渐增加，冲击地压防治存在一定困难。
急倾斜煤层由于煤岩赋存的特殊性，其开采方式与缓倾斜煤层存在较大差异[2]。国内外学者对急倾斜煤层特殊地质条件与开采条件下的冲击地压防治做了大量研究。张锋刚等[3]研究了急倾斜煤层分段开采应力场分布特征及冲击地压显现规律，制定了适用于急倾斜煤层水平分段开采条件下的冲击地压防治方案，现场应用后防冲效果显著；崔峰等[4]通过理论分析与数值模拟研究了急倾斜煤层特殊条件下的矿震诱冲机制；钟涛平等[5]结合数值模拟与理论分析研究了急倾斜煤层采用全煤巷道和半煤巷道条件下的巷道围岩稳定性，结果表明急倾斜煤层采用全煤巷道更利于冲击地压防治；周鑫鑫[6]、荣海等[7]研究发现近直立煤层首采煤层开采后，可有效隔断相应标高水平地应力传递，对后采煤层起到卸压保护作用；王崧玮[8]分析了急倾斜煤层开采过程中的应力场、能量场演化规律，提出了“错动-夹持”型冲击地压机理；高明仕等[9]根据微震事件分析了煤层间岩板诱发冲击地压的机制，建立了煤层间岩板破断的力学模型，提出岩板注水和爆破解危可有效避免冲击地压灾害的发生；陈建强等[10]分析了近直立煤层冲击危险因素，提出了一种更符合现场实际的冲击地压危险静动态耦合评价方法；吴振华等[11]结合现场调研、理论分析，对近直立煤层冲击地压机制进行了研究，提出了顶板和岩柱超前预裂爆破卸压及岩柱地面爆破的综合卸压措施，应用于实践后有效控制了围岩活动；王正义等[12-13]研究了急倾斜煤层工作面冲击地压的动静载叠加诱发机理，通过相似模拟试验分析了急倾斜特厚煤层开采煤岩动力响应及其冲击破坏特征，建立了针对性的冲击地压防治技术体系；丁小敏等[14]通过分析微震监测数据得出了急倾斜厚煤层底板达到剪切破坏极限是中分层冲击地压频发的原因，进而提出针对性的冲击地压防治措施；王宁[15]结合理论分析与数值模拟分析了急倾斜煤层深部开采力学响应规律。综上所述，针对急倾斜煤层特殊开采条件下防冲开采设计还有待研究；为此，通过数值模拟的方法，分析了急倾斜煤层倾斜分段开采以防治冲击地压的可行性与合理性。
1. 工程背景
1.1 矿井概况
某矿位于新疆乌鲁木齐市，分南、北两采区，南采区主采B1+2煤层和B3-6煤层，煤层倾角87°～89°，属近直立煤层。该煤矿现采用水平分段放顶煤的采煤方法，同水平内首先开采B3-6煤层再开采B1+2煤层，上部采空区用黄土进行回填，采用上采下掘的开拓方式，回采和掘进活动同时进行，目前开采至+425 m水平。南采区顶底板和煤层分布剖面如图1所示。
1.2 近直立特厚煤层冲击显现特征
该煤矿南采区+450 m水平回采过程中冲击地压事件统计见表1[16]，开采+450 m水平微震事件分布如图2所示。
表 1 +450 m水平冲击地压事件统计[16]Table 1. Statistics for +450 m level rock burst events序号 冲击显现位置 巷道破坏形式 1 B6巷 北帮帮鼓 30 cm，南帮帮鼓50 cm，底鼓 40 cm，风门门框变形 B3巷 — 2 B6巷 南帮帮鼓 50~130 cm，北帮帮鼓30~70 cm，北帮肩窝下沉 130 cm，顶板下沉 70~100 cm，带式输送机南移 30~120 cm，风门变形 B3巷 南帮帮鼓 30~50 cm，南帮底鼓20 cm，前溜机头底鼓 30 cm 3 B6巷 带式输送机“H”架错位，转载机机头与滑道歪斜错位 B3巷 南侧底板底鼓 30 cm，北帮帮鼓40 cm，安全阀损坏 由表1可知：+450 m水平回采过程中发生3次冲击地压，巷道冲击破坏形式为底鼓、帮鼓、肩角下沉、顶板下沉，以帮鼓、底鼓为主；B3-6煤层为首采煤层，3次冲击显现事件全部发生在B3-6煤层的B3、B6巷，B3-6煤层开采后对B1+2煤层卸压效果良好，B1+2煤层无冲击显现事件。从+450 m水平回采过程中微震事件分布。
由图2可以看出：微震事件主要集中在B3-6煤层两侧，其中大能量事件主要分布在中间岩柱靠近B3-6煤层一侧，与冲击显现事件相对应，这说明首采的B3-6煤层在中间岩柱和悬空顶板协同作用下，应力集中明显
1.3 冲击显现与开采方法的关联性
受褶曲构造影响，该煤矿以水平构造应力为主，最大主应力方向垂直于煤层走向，水平应力通过采空区下方实体煤传递至2组煤层，此外，随着采深增加，2组煤层中间形成高耸的岩柱，在自身重力作用下岩柱弯曲变形，二者共同造成了B1+2、B3-6煤层巷道围岩的应力集中。研究表明[17]，水平分段开采下，同水平B3-6煤层开采后可弱化水平应力传递，对B1+2煤层起到卸压保护的作用，造成B1+2煤层不易发生冲击地压。然而，B3-6煤层作为保护层，始终受到水平应力集中作用，且巷道围岩在悬空顶板与中间岩柱的协同作用下始终处于高应力集中状态，导致B3-6煤层巷道冲击破坏时有发生，该结果与现场冲击地压显现特征一致。
以地表为坐标原点，建立的顶板−煤层−黄土力学模型如图3所示。
f1(x)为顶板岩层承受的水平应力，大小为2倍的垂直应力，表达式为：
$$ {f_1}\left( x \right) = 2\lambda {\rho _1 g }x $$ (1) 式中：ρ1为顶板岩层的平均密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；λ为侧压力系数，反映水平应力与垂直应力之比。
f2(x)为黄土内部的支承应力，其大小为[18]：
$$ {f_2}\left( x \right) = \frac{{k{\rho _2 g }({{\sin }^2}\theta) x}}{\lambda } $$ (2) 式中：ρ2为黄土的平均密度，kg/m3；θ为煤层倾角；k为支护力系数，取值范围为0~1，取值越大表明黄土填充越密实，对顶板的支撑能力越大。
采空区下方x∈[L，L+x0]范围内煤体的作用力f3(x)为[18]：
$$ {f_3}\left( x \right) = \left( {\frac{c}{{\tan\; \varphi }} + \frac{{k{\rho _3 g }({{\sin }^2}\theta) x}}{\lambda }} \right){{\mathrm{e}}^{\frac{{2\tan \; \varphi }}{{\lambda M}}\left( {x - L} \right)}} - \frac{c}{{\tan\; \varphi }} $$ (3) 式中：M为煤层厚度，m；ρ3为煤层的平均密度，kg/m3；c为顶板与煤层交界处的黏聚力，MPa；φ为内摩擦角；L为采空区充填的黄土长度，m。
水平分段开采条件下，煤层巷道处于同一水平，巷道围岩应力分布相似，而倾斜分段开采条件下，煤层，巷道存在一定的高程差，煤层与采空区分界面下移，高水平侧巷道靠近顶板或底板一侧为采空区，采空区充填的黄土形成一定范围的弱化带，可弱化应力传递[19-20]，高水平侧的水平应力部分转移至低水平巷道，因此倾斜采空区范围内实体煤应力${f_3}'\left( x \right) $与同样标高水平分段开采下煤体应力${f_3}\left( x \right) $存在如下关系：
$$ {f_3}'\left( x \right) < {f_3}\left( x \right) $$ (4) 综上分析可知，倾斜采空区中的黄土可对高标高巷道起到卸压保护作用，使高标高巷道围岩应力集中峰值降低，且应力峰值点下移。倾斜采空区弱化水平应力传递如图4所示。实践表明，防治冲击地压的关键在于控制应力[21]，所以采用倾斜分段开采可以缓解高标高巷道围岩的应力集中，从而达到防治冲击地压的目的。
2. 急倾斜特厚煤层保护层开采方法对比
2.1 模型及模拟方案
使用岩土工程领域广泛应用的FLAC3D软件进行数值模拟研究。根据矿井地质赋存条件建立数值模拟模型，采用摩尔−库伦本构模型进行计算，模型各部分参数赋值均依照实测地质参数，采空区参数根据黄土的力学性质赋予。数值计算模型采用的煤岩物理力学参数见表2。
表 2 数值计算模型采用的煤岩物理力学参数Table 2. Physical and mechanical parameters of coal and rock used in the numerical calculation model煤岩层 密度/
（kg·m−3）弹性
模量/
GPa泊松比 内摩
擦角/
（°）黏聚力/
MPa抗拉
强度/
MPaB1底板 基本底 2429.11 6.202 0.269 28.6 3.250 4.37 直接底 2651.97 5.171 0.219 27.1 2.400 3.59 B1+2煤体 1271.42 3.089 0.326 31.5 2.420 1.22 中间岩柱 B2直接顶 2693.84 5.465 0.272 30.2 3.260 1.39 B2基本顶 2459.53 8.620 0.227 27.3 3.530 3.38 B3直接底 2693.54 3.629 0.353 32.7 2.910 3.28 B3-6煤体 1273.84 2.132 0.348 30.5 2.310 1.36 B6顶板 直接顶 2403.50 4.040 0.272 26.9 2.670 3.87 基本顶 2709.88 6.176 0.284 28.5 3.510 2.43 黄土 2000.00 0.200 0.400 15.0 0.009 0 模型大小为900 m×1 m×800 m。模型顶部为自由面，固定模型底部和四周边界的法向位移；模型x方向和y方向施加应力边界，水平应力根据地应力实测值进行赋值，水平应力为垂直应力的2倍，y方向设置为1倍垂直应力，重力加速度设置为10 m/s2。
为对比分析近直立煤层倾斜分段开采的效果，设计了3种模拟方案：①方案Ⅰ，采用水平分段采煤法；②方案Ⅱ，采用反向倾斜分段法开采工作面南侧巷道水平标高均低于北侧巷道，分段倾向与岩层倾向相反；③方案Ⅲ，采用顺向倾斜分段法开采工作面南侧巷道水平标高均高于北侧巷道，分段倾向与岩层倾向相同。
3种数值模拟方案巷道布置如图5所示。3种方案模拟开采+450 m水平至+350 m水平，各分段开采段高均为25 m，2组煤层交错开采，同一水平先开采B3-6煤层再回采B1+2煤层。
2.2 模拟结果分析
3种开采方法下+450 m至+350 m水平应力、能量分布特征相似，该煤矿目前回采至+425 m分段，因此选取+425 m分段回采过程中应力、能量进行分析。
2.2.1 应力演化特征
3种开采方法下回采至+425 m水平回采水平应力云图如图6所示。
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图 6 3种开采方法下回采至+425 m水平回采水平应力云图Figure 6. Stress cloud charts of mining level up to +425 m level under three mining methods由图6（a）可以看出：水平分段开采下应力集中区主要集中在采空区下方煤体与巷道上下方围岩；+425 m水平未开采时，采空区下方2~7 m、巷道上方2~8 m以及巷道下方3~8 m的位置存在明显的应力集中，B1+2煤层B1巷上方应力集中区与采空区下方应力集中区存在贯通的趋势，且随着采深增加这种趋势越来越明显，应力集中程度也越来越大，此外，两煤层采空区下方与巷道上方应力集中区，逐渐向煤层中部拓展，使分段大部分煤体处于应力集中；+425 m水平B3-6煤层开采后，对B1+2煤层起到了明显的卸压效果，B1+2煤层+425 m分段应力集中区域面积明显降低，应力集中区峰值变化较小。
由图6（b）可以看出：反向倾斜分段开采下，应力集中区转移至较低水平的B1、B3巷，采空区下方低水平尖角区域煤体出现了高度的应力集中，但距离巷道较远，巷道上下方围岩应力集中程度较小，采空区下方与巷道上方的应力集中区已经贯通，低水平侧采空区下方至巷道上方1m区域煤体存在明显的应力集中；+425 m水平B3-6开采后，对B1巷的卸压效果明显，B1上方、B2巷下方应力集中区出现了分离的现象，B1巷上方应力集中区域大小明显减小，峰值应力降低1 MPa左右，+400 m水平B3巷上方应力集中程度明显增强，高水平侧巷道下方处出现了局部区域小面积的应力集中。
由图6（c）可以看出：顺向倾斜分段开采应力集中区域与反向倾斜分段开采应力集中区域十分相似，应力集中区在低水平侧巷道上下方与采空下方尖角区域；+425 m未开采时，顺向倾斜分段开采相较于反向倾斜分段开采，应力集中区域大小比较接近，应力峰值降低了1 MPa左右；+425 m水平B3-6煤层开采后，低水平侧巷道应力集中区域面积明显减小，与反向倾斜分段开采相比， B1+2煤层的卸压保护作用更为明显；+425 m分段开采完后，低水平侧巷道应力集中程度增强，B1巷下方3~7 m、B3巷下方3~4 m也出现了小面积的应力集中。
2.2.2 能量演化规律
3种开采方法下弹性能分布云图如图7所示。
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图 7 3种开采方法下回采至+425 m水平能量分布云图Figure 7. Energy distribution cloud charts up to +425 m level under three mining methods由图7可以看出：能量集中区域与水平应力集中区域有着较好的对应关系；水平分段开采下，+425 m未回采时，B3-6煤层巷道能量积聚总体高于B1+2煤层，其中B6巷能量积聚最为明显，B1、B2、B3巷道上下方围岩能量积聚程度相对较低，顶底板以及中间岩柱靠近实体煤一侧也存在着较小的能量集中；倾斜分段开采下，+425 m水平未回采时，低水平侧采空区下方煤体能量积聚程度较高，B3-6煤层低水平侧采空区下方煤体能量积聚最为明显，顶底板岩层以及中间岩柱的能量积聚只出现在低水平一侧的底板和中间岩柱中；3种开采条件下B3-6煤层回采后均对B1+2煤层能量积聚有一定程度的缓解。
2.2.3 巷道位移演化规律
对3种方案下+425 m B1+2煤层和B3-6煤层回采后所引起的位移进行研究。+425 m水平B1+2煤层回采后B1、B2巷垂向位移如图8所示，+425 m水平B3-6煤层回采后B3、B6巷垂向位移如图9所示。
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图 8 +425 m水平B1+2煤层回采后B1、B2巷垂向位移Figure 8. Vertical displacement of B1 and B2 lanes after mining B1+2 coal seam at +425 m level![]()
图 9 +425 m水平B3-6煤层回采后B3、B6巷垂向位移Figure 9. Vertical displacement of B3 and B6 lanes after mining B3-6 coal seam at +425 m level3种方案下，巷道顶部的位移明显大于巷道底部，巷道断面中部变形明显大于两端。对比3种开采条件下的垂向位移可以发现，倾斜分段开采下高水平巷道垂向位移始终处于较低水平。倾斜分段开采低水平侧B1、B2巷位移与水平分段开采下B1、B2巷顶底部位移总体比较接近，但水平分段开采B3、B6巷底部位移明显大于倾斜分段开采的B3、B6巷位移。倾斜分段开采下，方案Ⅱ巷道底部位移总体大于方案Ⅲ，2种方案巷道顶部位移较为接近，但方案Ⅱ巷道底部峰值位移大于方案Ⅲ，方案Ⅲ开采条件下巷道较为稳定。
3. 卸压防冲方案优选
回采至+425 m沿煤层倾向上过巷道中心线的应力曲线如图10所示，+425 m水平B3-6煤层开采后过B1+2煤层巷道中心线应力曲线如图11所示，各分段回采过程中巷道上下方水平应力峰值如图12所示，水平分段开采与倾斜分段开采对比见表3。
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图 10 回采至+425 m水平沿煤层倾向过巷道中心线水平应力分布Figure 10. Horizontal stress distribution along coal seam inclined over roadway center line in mining to +425 m level![]()
图 11 +425 m水平B3-6煤层回采后过B1+2煤层巷道中心线水平应力分布Figure 11. Horizontal stress distribution across the centerline of the roadway of B1+2 coal seam after mining B3-6 coal seam at +425 m level由图10可以看出：与水平分段开采相比倾斜分段开采高水平侧巷道上下方围岩水平应力处于较低水平，巷道上方应力峰值降低12~15 MPa，巷道下方应力峰值降低10~16 MPa，高水平侧巷道采空区下方煤体应力也明显降低；倾斜分段开采下低水平侧巷道上方应力峰值降低0.3~1.3 MPa，巷道下方应力峰值降低1~2 MPa，低水平侧巷道采空区下方尖角区域煤体应力高度集中，应力集中区位于巷道上方15 m左右，距巷道较远，对巷道冲击影响小。
由图11可以看出：3种开采方法下B3-6煤层开采后，对B1+2煤层均有着一定程度的卸压保护作用，B3-6煤层开采后B1+2煤层巷道上下方围岩应力降低1.5 MPa左右，倾斜分段开采下低水平侧采空区下方煤体应力峰值明显降低。
由图12可以看出：随着采深增加巷道上下方围岩应力峰值呈现出线性增加的趋势；相对于水平分段开采，倾斜分段开采下低水平侧巷道上下方应力峰值较低，高水平侧巷道应力峰值明显降低，而顺向倾斜分段开采时巷道上下方围岩应力水平整体又低于反向倾斜分段开采，更利于冲击地压防治。
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图 12 3种开采方法巷道上下方应力峰值随采深变化Figure 12. Variation of stress peaks above and below the roadway with mining depth by three mining methods表 3 水平分段开采与倾斜分段开采防冲效果对比Table 3. Comparison of anti rock burst effect between horizontal sectional mining and inclined sectional mining方案 应力集中
巷道数量应力集中区 能量积聚 巷道位移 巷道应力集中程度对比 方案Ⅰ 4 采空区下方煤体、巷道
上下方顶底板岩层、中间岩柱靠近巷道一侧 倾斜分段开采巷道稳定性优于水平分段开采，顺向倾斜分段开采巷道变形程度总体更低 倾斜分段开采巷道上下方围岩应力相较于水平分段开采，低水平侧巷道降低约0.3~2.0 MPa，高水平侧巷道围岩应力降低约10~16 MPa；顺向倾斜分段开采巷道应力集中程度相较于反向倾斜分段更低 方案Ⅱ、Ⅲ 2 低水平巷道上下方、
低水平侧采空区下方
尖角区域煤体顶底板岩层、中间岩柱靠近低水平巷道一侧 由表3可以看出：倾斜分段采煤法相较于水平分段采煤法，巷道上下方应力集中区范围显著减少，且应力集中程度有所降低；采用倾斜分段采煤法可使应力集中的巷道由4条减少为2条，其中，顺向倾斜分段开采应力集中程度又明显小于反向倾斜分段开采。倾斜分段可显著降低应力集中范围和应力集中程度的原因在于，近直立煤层以大水平构造应力为主，且最大主应力方向垂直于煤层走向，而倾斜分段开采具有部分保护层卸压开采的作用，可弱化水平应力传递，即倾斜分段工作面低标高处使水平应力传递受阻，致使工作面高标高处受到水平应力作用减弱，因而应力集中程度降低。
4. 结 语
1）近直立煤层采用水平分段开采时，应力集中区主要位于采空区下方煤体以及巷道上下方围岩。采用倾斜分段开采时，B1+2、B3-6煤层工作面应力集中区范围显著减少，应力集中主要位于低水平侧的采空区尖角区域和巷道上下方围岩，低水平侧的采空区尖角区域煤应力集中明显，但距离巷道较远。
2）相较于水平分段开采，倾斜分段开采高水平侧巷道上下方围岩应力峰值降低了10~20 MPa，应力集中的巷道由4条减少为2条，顺向倾斜分段开采低水平侧巷道应力集中区域大小明显小于反向倾斜分段开采低水平巷道。水平分段开采顶底板以及中间岩柱靠近实体煤一侧存在着轻微的能量集中，倾斜分段开采下顶底板岩层以及中间岩柱的能量积聚只出现在低水平巷道一侧的底板和中间岩柱中。顺向倾斜分段开采巷道围岩应力集中、巷道变形程度进一步小于反向倾斜分段开采，有利于冲击地压防治。
3）倾斜分段采煤法可显著降低应力集中范围和应力集中程度的原因在于，近直立煤层以大水平构造应力为主，且最大主应力方向垂直于煤层走向，而倾斜分段开采具有部分保护层卸压开采的作用，上分段倾斜采空区可弱化水平应力传递，使本分段工作面高水平侧巷道受到水平应力作用减弱，从而缓解巷道的应力集中。
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图 6 3种开采方法下回采至+425 m水平回采水平应力云图
Figure 6. Stress cloud charts of mining level up to +425 m level under three mining methods
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图 7 3种开采方法下回采至+425 m水平能量分布云图
Figure 7. Energy distribution cloud charts up to +425 m level under three mining methods
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图 8 +425 m水平B1+2煤层回采后B1、B2巷垂向位移
Figure 8. Vertical displacement of B1 and B2 lanes after mining B1+2 coal seam at +425 m level
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图 9 +425 m水平B3-6煤层回采后B3、B6巷垂向位移
Figure 9. Vertical displacement of B3 and B6 lanes after mining B3-6 coal seam at +425 m level
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图 10 回采至+425 m水平沿煤层倾向过巷道中心线水平应力分布
Figure 10. Horizontal stress distribution along coal seam inclined over roadway center line in mining to +425 m level
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图 11 +425 m水平B3-6煤层回采后过B1+2煤层巷道中心线水平应力分布
Figure 11. Horizontal stress distribution across the centerline of the roadway of B1+2 coal seam after mining B3-6 coal seam at +425 m level
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图 12 3种开采方法巷道上下方应力峰值随采深变化
Figure 12. Variation of stress peaks above and below the roadway with mining depth by three mining methods
表 1 +450 m水平冲击地压事件统计[16]
Table 1 Statistics for +450 m level rock burst events
序号 冲击显现位置 巷道破坏形式 1 B6巷 北帮帮鼓 30 cm，南帮帮鼓50 cm，底鼓 40 cm，风门门框变形 B3巷 — 2 B6巷 南帮帮鼓 50~130 cm，北帮帮鼓30~70 cm，北帮肩窝下沉 130 cm，顶板下沉 70~100 cm，带式输送机南移 30~120 cm，风门变形 B3巷 南帮帮鼓 30~50 cm，南帮底鼓20 cm，前溜机头底鼓 30 cm 3 B6巷 带式输送机“H”架错位，转载机机头与滑道歪斜错位 B3巷 南侧底板底鼓 30 cm，北帮帮鼓40 cm，安全阀损坏 
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表 2 数值计算模型采用的煤岩物理力学参数
Table 2 Physical and mechanical parameters of coal and rock used in the numerical calculation model
煤岩层 密度/
（kg·m−3）弹性
模量/
GPa泊松比 内摩
擦角/
（°）黏聚力/
MPa抗拉
强度/
MPaB1底板 基本底 2429.11 6.202 0.269 28.6 3.250 4.37 直接底 2651.97 5.171 0.219 27.1 2.400 3.59 B1+2煤体 1271.42 3.089 0.326 31.5 2.420 1.22 中间岩柱 B2直接顶 2693.84 5.465 0.272 30.2 3.260 1.39 B2基本顶 2459.53 8.620 0.227 27.3 3.530 3.38 B3直接底 2693.54 3.629 0.353 32.7 2.910 3.28 B3-6煤体 1273.84 2.132 0.348 30.5 2.310 1.36 B6顶板 直接顶 2403.50 4.040 0.272 26.9 2.670 3.87 基本顶 2709.88 6.176 0.284 28.5 3.510 2.43 黄土 2000.00 0.200 0.400 15.0 0.009 0
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表 3 水平分段开采与倾斜分段开采防冲效果对比
Table 3 Comparison of anti rock burst effect between horizontal sectional mining and inclined sectional mining
方案 应力集中
巷道数量应力集中区 能量积聚 巷道位移 巷道应力集中程度对比 方案Ⅰ 4 采空区下方煤体、巷道
上下方顶底板岩层、中间岩柱靠近巷道一侧 倾斜分段开采巷道稳定性优于水平分段开采，顺向倾斜分段开采巷道变形程度总体更低 倾斜分段开采巷道上下方围岩应力相较于水平分段开采，低水平侧巷道降低约0.3~2.0 MPa，高水平侧巷道围岩应力降低约10~16 MPa；顺向倾斜分段开采巷道应力集中程度相较于反向倾斜分段更低 方案Ⅱ、Ⅲ 2 低水平巷道上下方、
低水平侧采空区下方
尖角区域煤体顶底板岩层、中间岩柱靠近低水平巷道一侧
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