煤矿冲击地压与冒顶复合灾害研究

随着煤矿向深部发展,矿井动力灾害既表现出冲击地压的部分特征,又表现出冒顶的部分特征。2种典型的灾害打破以往冒顶与冲击地压的发生具有一种互为逆向性的认知规律,在深部高应力煤巷,特别是留顶煤巷道中出现了相互诱导、复合发生的新灾害类型。在总结山东、山西和新疆矿区典型巷道冲击致顶板(顶煤)动力灾害特征的基础上,提出了深部巷道冲击地压与冒顶复合灾害的概念、机理与分类,指出复合灾害机理关键点在于揭示巷道整体系统和破碎区子系统的稳定原理及其2者间的相互影响。建立了巷道发生复合灾害的力学模型,根据扰动响应失稳判据,提出并得到了巷道发生复合灾害的临界应力Pcr、临界软化区半径ρ_cr和最大容许采扰应力增量σ_max,厘清了灾害发生的主控因素,分析了煤岩冲击倾向指数K、支护强度ps、巷道半径ρ₀、煤岩强度σ_c等对灾害发生的影响规律,同时阐明了围岩塑性软化、破碎深度随地应力增加的发育规律。研究结果表明,破碎发育巷道的动力失稳主体为弹性区、软化区与破碎区构成的不稳定系统,垮落主体为破碎区;稳定的破碎区提升了巷道冲击启动临界值,使其启动难度增大,但破碎区的发育又易引起顶煤垮落;巷道稳定支护是解决复合灾害的关键,科学合理支护既能有效调控围岩破碎防冒,又能提升冲击启动临界值。通过理论研究,揭示了巷道冲击地压与冒顶复合灾害的发生机理,阐明了巷道软化与破碎区及其稳控支护对深部破碎发育巷道动力灾害防治的重要性。     

小铁山矿深部开采巷道变形监测与分析

随着小铁山矿采矿作业向深部拓展,受地应力和岩性分布的影响,地压活动频繁,引发的地压活动危害问题更为突出。为减少深部开采地压灾害的不利影响,通过对矿山开采巷道围岩的变形监测,分析深部高应力条件下巷道围岩变形特征,制定出适合矿山的支护措施,有效减少了二次支护成本,对保证矿山安全生产具有重要指导意义。     

近断层深部巷道变形破坏分析及支护研究

针对某铜矿回采深部矿体过程中多次发生较大规模地压活动,造成多处巷道不同程度出现片帮、局部垮塌、冒落等灾害现象,运用FL AC3D软件对十七中段1709、1711巷道在不同支护情况下应力分布及变形破坏进行了模拟分析.结果显示:矿体崩落回采会对断层造成极大的影响,且巷道距离断层越近破坏越严重;在巷道支护前后,应力由两帮逐渐...     

新奥法在矿山软岩平硐掘进中的实践应用

深部巷道围岩的合理支护是现代矿山深部开采时亟需解决的关键性技术。大水沟矿区2815中段开拓巷道,由于埋藏深而地压大,围岩稳定性差。经过机械开挖扰动,巷道围岩应力重新分布,冒顶现象严重。为了控制地压对巷道围岩的影响,确保巷道掘进工作安全进行,矿区通过现场分析研究后采用新奥法,最终顺利通过这一软岩破碎区。对新奥法的基本原理和实际应用进行研究的结果表明,软弱破碎岩体中的巷道掘进,使用新奥法成本低、效率高;随着围岩变形量增加,塑性能释放量增大,支护厚度增加;此后随着蠕变时间增长,巷道围岩变形量不再变化。准确把握围岩变形特性,合理确定支护参数和支护时间,能经济有效地保证巷道围岩的稳定性,具有非常重要的工程价值。     

冲击地压巷道柔性蓄能支护控制原理及应用

深部冲击地压巷道的防治问题已成为目前急需解决的难题,根据冲击地压巷道冲击破坏机理及特征,提出了基于卸压-支护协同控制的强弱强控制原理,为了减小冲击震源能量,通过在煤岩体内部设置破碎体来耗散冲击波能量,同时加强巷道围岩的支护结构强度,两者协同作用来达到控制冲击对巷道的破坏。对研究成果进行了现场应用,根据某矿的实际情况,采用了锚网+"O"型棚联合支护结构进行了现场工业性试验,试验期间发生多次冲击地压事件,双层支护结构柔性变形,使冲击能量得到释放,支护体系基本保持完好,很好的控制了冲击地压灾害。     

西石门铁矿北区高应力破碎矿体崩落法开采技术

西石门铁矿北区新探矿体为缓倾斜破碎厚-中厚矿体,且地压显现严重,属于极度难采矿体。矿山采用无底柱分段崩落法开采,开采中存在设备运行不畅、采场结构不稳、巷道破坏严重等问题。为缓解高应力破碎条件带来的开采问题,从设备选型、采场结构参数确定、巷道布置方式及回采顺序、支护措施等方面对回采技术进行了改进。在确保设备运行顺畅的前提下,确定了软弱围岩条件下铲运设备需由1.5 m³增大至2 m³,巷道断面尺寸应由3 m×3 m增大至3.2 m×3.1 m;综合考虑巷道稳定性、矿体条件、凿岩能力、满足放出体发育等条件,确定了采场结构参数为分段高度13 m、进路间距12 m;以适应地压活动规律为原则确定了回采进路以垂直走向布置为佳,开采顺序为从已采矿体边界向上盘退采;分析了地压严重以及开挖后易短时间冒落的围岩支护要求,提出了超前锚杆+U型钢拱架的支护措施;根据散体流动参数确定了最小边孔角为50°,根据出矿口废石的出露位置将崩落步距调整为1.6 m。上述参数和支护措施在西石门铁矿北区高应力破碎矿体开采过程中得到了成功应用,增强了无底柱分段崩落法开采该类矿体的适用性。     

井下多层开采地压控制管理的分析与研究

无底柱崩落采矿法,随着回采深部的加大及围岩的破碎程度,致使地压对原体产生破坏,导致巷道变形而无法回采。通过对该问题进行分析,提出采矿边掘边采进行局部大量出矿及留有保安矿柱等一系列的安全生产措施,对现存局部矿体进行泄压式回采,对矿山资源的合理开发利用及创建安全节约型大型矿山具有重要的意义。     

风化破碎围岩条件下独立矿体开采方案研究

某钨矿山410m中段西南区独立矿体的围岩风化破碎严重,为了安全回采该独立矿体,提出了采准巷道锚注加固的单进路无底柱分段崩落法开采方案,对采准巷道进行了锚注参数设计,锚注设计方案的数值模拟结果表明,锚注支护可有效控制围岩位移量、减小塑性区,研究结果对风化破碎围岩条件下独立矿体开采具有一定的指导价值。通过现场实施,采用单进路无底柱分段崩落法成功回采了此独立矿体,并有效控制了矿石贫化率和损失率。     

矿山深部开采试验采场地压监测技术研究

某矿深部开采过程中面临着较大的地压灾害问题,为确保下部矿体安全高效的回采,对试验采场采用垂直束状深孔爆破方式进行回采,并对回采过程中的岩体应力和变形情况进行监测分析。数据分析结果有助于进一步掌握开采过程中的地压活动规律,为深部矿体安全高效开采设计提供依据。     

矿山巷道分级合理支护方法研究与应用

随着阿舍勒铜矿逐步转为深部开采,深部巷道支护方案亟需优化。为实现按需支护目标,建立了矿山深部巷道分级合理支护体系。首先,对巷道合理支护的基本要求和主要影响因素进行了分类汇总分析;其次,提出基于围岩条件、巷道断面尺寸、巷道功能用途和服务年限、软弱结构面产状影响的巷道支护分级方法;最后,基于矿山支护现状、深部巷道支护成本分析比较以及前期支护研究,对合理的支护形式进行评价,确定与巷道支护级别相对应的支护形式和参数,进行方案设计。现场应用结果表明,分级合理支护节约了巷道支护成本约10%,节省支护时间约20%,降低了支护返修率,支护效果良好,为矿山巷道支护标准化和规范化管理提供了依据。     

动力扰动诱发煤层大巷冲击地压机理及其防控技术

为了提高深部矿井煤层大巷冲击地压动力灾害防控效果,基于高家堡煤矿冲击地压灾害发生特点与工程地质条件,通过动静载组合控制煤岩动态破坏的普适性理论方法进行探究,揭示了高家堡煤矿煤层大巷冲击地压致灾机理,明确了动静载复合应力场动力灾害防控途径.在此基础上,考虑煤层大巷服务年限长、 围岩应力集中程度高等特点,结合动力扰动诱发大...     

深埋巷道围岩变形及支护技术研究

随着煤炭开采逐渐向深部转移,巷道围岩变形越来越严重。分析了深埋巷道围岩变形及支护技术,对研究巷道进行了三轴抗拉试验,得到煤和岩石力学参数,采用结构梁和弹性力学分析了巷道围岩变形,为模型分析提供了理论基础,然后采用FLAC^3D数值模拟软件,分析了巷道变形位移,与现场实测相比,数值模拟能够较好地模拟煤矿巷道实际变形情况。研究能够为巷道参数设计提供借鉴。     

巷道顶板多点离层监测仪的设计与应用

 巷道开挖破坏了巷道围岩原始平衡状态,巷道围岩体内的原始应力发生二次分布,如果二次应力超过围岩强度极限,巷道围岩将产生失稳破坏。巷道顶板多点离层监测仪可以实时监测记录顶板各位置岩层位移情况,及时掌握巷道围岩动态信息,以便根据具体情况,及时采取补救措施和调整支护参数,确保矿井的安全生产和高效开采。巷道顶板多点离层监测仪由机械式深基点位移放大器和深基点位移计组成,本文着重阐述了巷道顶板多点离层监测仪的设计原理、具体实施方式和此监测仪的科学先进性,并介绍了在神东煤炭集团寸草塔矿地应用情况。     

马堡煤矿迎采巷道围岩综合控制技术

随着煤矿开采强度的增大,迎采对掘巷道经常出现,此类巷道因受动压影响,围岩控制较困难。文章以马堡煤矿大断面巷道为背景,结合现场观测、理论分析等方法,提出了迎采巷道围岩综合控制技术,即:停掘避开掘采叠加扰动+煤柱帮锚索加强支护+顶板加强支护。研究成果对于改善大断面迎采巷道的围岩控制、缓解煤矿接替紧张、促进煤炭安全高效开采等具有重要的理论价值和现实意义。     

深部高应力巷道围岩预留变形控制技术

采用理论分析、数值计算、现场试验等手段,研究了支护阻力对深部高应力巷道围岩变形与塑性区的影响,提出了支护结构应满足围岩大变形的协调支护原则。研究结果表明:在现有支护条件下,支护阻力对深部高应力巷道围岩变形、塑性区影响十分有限,深部高应力巷道围岩总是存在一部分变形量依靠现有支护水平无法控制,将此部分围岩变形量称之为巷道围岩的"给定变形",并且这种"给定变形"随着开采深度的增加而增大;因此,对于深部高应力巷道围岩变形控制,可在巷道掘进时预留一定的变形空间,并要求支护结构应能够适应巷道围岩的大变形,以维持围岩的完整性,同时保障支护结构本身能够持续不断提供支护阻力而又不出现断裂失效。工程实践结果表明:考虑预留变形并采用"锚杆+自动让压桁架锚索"为主体,锚索加固为辅助的综合控制技术可较好的控制巷道围岩的稳定性,保障了巷道服务期间的安全使用。     

城郊矿深部延伸巷道围岩松动圈实测及数值模拟

围岩松动范围及其变化是巷道围岩稳定性评价和支护的重要参数之一,如何快速准确地探测松动圈范围,更好地为工程服务,成为现今深部开采矿井研究的热点。以城郊矿深部延伸巷道围岩支护及破坏特征为背景,在总结前人关于巷道围岩松动圈成果的基础上,采用实测和数值模拟2种方法,对城郊矿二水平围岩松动圈范围进行对比研究。实测选取二水平围岩巷道的5个测站,采用地质雷达进行测试,得出了5个测站的围岩松动圈的横向测试断面围岩破坏特征差异较大,既有相对完好围岩,又有松散破碎较严重的围岩;纵向测线上巷道不同断面位置,围岩松动范围差异较大,介于1.4~2.8 m,这种差异与地质条件和矿山压力密切相关。数值模拟获取了城郊矿深部软岩巷道的围岩松动圈范围介于2.0~3.0 m。综合分析数值模拟及地质雷达研究结果,确定出城郊矿深部软岩巷道的松动圈范围介于1.4~3.0 m。研究结果对城郊矿深部延伸巷道围岩支护方式的选择具有重要的参考价值。     

大采深煤矿地下巷道的工程特征

在系统总结采矿工程与其他岩土工程相互关系的基础上,从煤矿地下巷道的空间几何特征、围岩介质特征、采动影响特征和技术经济特征等4个层面,全面分析了大采深煤矿地下巷道的工程特性。重点论述了大采深地下巷道周围应力重新分布规律的特点和受回采工作采动影响的回采巷道的围岩变形发展变化过程,阐明了学科交叉与技术交流的重要性。     

单一特厚煤层围岩监测技术

以彬长矿区单一特厚4#煤层为背景,采用现场工业实践的方法,通过对回采工作面进行深基点位移监测,确定采动影响下,巷道两帮和顶板的动态位移量,以此为基础来判断巷道围岩的离层情况,及时发现存在的安全隐患,为控制围岩的稳定性和保障煤矿的安全生产提供依据。同时对巷道锚杆锚索进行测力研究,分析锚杆锚索的受力状态,确定锚杆锚索支护安全与否,及时发现锚杆锚索支护存在的问题,进而改善支护效果。     

深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理与技术

针对深部冲击地压巷道高应力、强冲击造成的强矿压显现难题,分析了深部冲击地压巷道围岩变形破坏特征,确定了导致深部冲击地压巷道强冲击显现的防控难点,揭示了巷道冲击破坏机制。在分析深部冲击地压巷道破坏机制的基础上,建立了深部冲击地压巷道围岩力学模型,分析了动、静叠加载荷、支护应力、围岩力学属性与莫尔圆间的相互作用关系,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理。通过对巷道围岩远、近场进行卸压,从动、静载荷角度降低巷道冲击能量和所受应力;利用高预应力、高强度、高延伸率及高冲击韧性“四高”锚杆(索)主动支护,结合围岩结构重塑技术,提高巷道围岩自承载和抗冲击能力;结合钢棚、缓冲垫层及防护支架,通过高阻尼作用快速抑制巷道围岩的冲击震动。通过协调“卸压-支护-防护”3种技术手段的时空关系,改变冲击地压巷道能量释放、传播及耗散形式。基于“卸压-支护-防护”协同防控原理,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控技术,开发了长、短孔分段水力压裂工艺,研发了配套的压裂机具和设备;研制了高冲击韧性锚杆(索)系列支护材料,大幅度提高了支护材料的强度和韧性;提出了以钢棚、缓冲垫层及防护支架为一体的巷道复合防护结构,复合防护结构能有效吸收巷道围岩内的冲击动能,抑制围岩震动。研究成果在蒙陕和义马典型冲击地压矿井开展了工业性试验,“卸压-支护-防护”协同防控技术改变了厚层坚硬岩层冲击能量释放形式,有效抵御了高动、静叠加载荷,减小了巷道围岩整体冲击变形,控制了深部冲击地压巷道围岩稳定。