顶板岩层对冲击矿压的影响规律研究

采用模拟试验方法研究了顶板岩层对煤体应力状态的影响,并根据震动能量对煤体的破坏效应和在岩体中的传播衰减规律,从能量角度分析了煤层上方不同厚度和强度的顶板岩层对煤体冲击的影响程度.结果表明,顶板释放的能量与岩层强度呈对数关系、与顶板厚度呈指数关系,坚硬、厚层顶板岩层会对煤体产生更为强烈的扰动,使冲击矿压危险性明显升高.另外,具有一定厚度和强度且距离煤层较近的老顶岩层运动产生的冲击载荷对煤体的影响作用较大.某矿一个工作面的冲击矿压防治工程实践表明,对该煤层上方的顶板岩层实施爆破弱化处理技术措施后,可有效降低工作面回采过程中的冲击危险性.     

顶板岩层诱发冲击的冲能原理及其应用研究

针对顶板岩层对煤体冲击的影响作用机理,采用实验室物理模拟试验、UDEC 4.0离散元数值模拟试验、理论分析和工程实践验证这4种方法进行了研究,提出了煤岩冲击破坏和顶板岩层诱发冲击的冲能原理以及冲击破坏判别准则,并在工程实践中进行了应用和验证.根据煤岩冲击破坏动能试验和煤岩破坏的应力-应变曲线能量演化规律分析结果,具有冲击倾向性的煤岩样在载荷作用下破坏时将产生强烈震动和脆性冲击型破坏,破碎的煤块具有一定的初始动能并以一定的初速度脱离煤体,把这些煤岩样冲击破坏时碎块冲出的动能定义为该煤岩样的冲能,即冲出的能量,从而建立了煤岩冲击破坏的"冲能原理"和"冲能判别准则".通过岩板断裂震动物理模拟试验和数值模拟试验研究,得到顶板断裂过程中可产生强烈震动冲击载荷、致使煤岩破坏时的冲能、冲击危险性升高的研究结果;顶板断裂震动持续时间与顶板厚度呈线性关系,对煤体的震动损伤与顶板厚度呈乘幂关系,从极限悬顶长度的一半开始,煤体的冲击危险性显著升高,顶板岩层释放的能量与岩层强度呈对数关系;岩层运动产生的动能和释放的总能量分别与顶板厚度呈指数和乘幂关系.将顶板岩层诱发冲击矿压的机理分为处于稳定态岩层的"稳态诱冲机理"和处于运动态岩层的"动态诱冲机理"2种类型,岩层的"稳态诱冲机理"是指当顶板岩层不发生大规模破断或滑移垮落时,由岩层内部储存的弹性能的突然释放而导致的煤体冲击机理,稳态诱冲机理研究确定了影响煤岩破坏的2个重要初始参量--煤体的应力基数P.和能量基数U.,应力基数决定了破坏的条件,能量基数决定了破坏时释放能量的大小."动态诱冲机理"是指由顶板岩层发生大规模破断或滑移垮落产生的强烈震动和释放的大量冲击能等动载荷导致的煤体冲击破坏机理,分析了顶板岩层断裂和滑移的震动特性,坚硬厚层项板岩层在诱冲方面的作用主要表现在以较高频率的冲击载荷方式对煤体造成损伤;稳态岩层和动态岩层在诱发煤体冲击的时候都以动态的形式释放能量并参与到煤体破坏时的冲能当中,在满足冲能判别准则的情况下均可诱发冲击矿压,由此形成"顶板岩层诱发冲击矿压的冲能原理".基于岩体介质中能量传播规律和岩层影响冲击危险性的不同程度,提出了岩层影响下的煤体冲击危险"诱冲关键层"判别准则和诱冲关键层的判断方法,按照传播至煤体能量的大小给出了岩层的诱冲系数点Kb=E'k/Er0.和对应的能量值,用来表征岩层诱发冲击矿压的可能性大小.2个具有冲击危险的煤矿通过控制顶板岩层和控制煤体以降低"岩层-煤体"系统冲能进行冲击矿压防治的工程实践验证了本文关于"项板岩层诱发冲击矿压的冲能原理"研究结果的实用性与可靠性.     

大采深条带开采坚硬顶板工作面冲击矿压治理研究

为了解决大采深条带开采坚硬顶板工作面的冲击矿压问题,以古城煤矿2106工作面为例,采用现场分析、实验室试验、数值模拟的方法对其发生机理进行了研究.结果表明在此条件下开采时发生的冲击矿压与煤岩性质、采深、坚硬顶板厚度及顶板的周期来压有密切关系.当冲击矿压发生的煤层具有强冲击倾向性,煤层硬度系数大于3、采深900 m以上、顶板岩层坚硬且厚度大于20 m时,冲击矿压发生具有突然性和猛烈性;主要发生在顶板周期来压期间、超前支护50m范围内,此时工作面的CH4和CO气体含量同时升高.对此提出了钻屑法等预测预报的方法和煤体爆破卸压与柔性支护等治理措施.     

坚硬顶板型冲击矿压灾害防治研究

针对兖州矿区济三煤矿6303工作面的冲击矿压问题，分析了冲击矿压发生的主要原因及影响因素．根据现场条件和数值模拟分析，提出了采用顶板爆破解除冲击矿压危险的技术措施，并确定了爆破参数．采用矿用钻孔窥视仪并配合电磁辐射法和钻屑法对爆破进行了效果检验．结果表明，通过顶板爆破措施可以破坏工作面上方坚硬厚层砂岩顶板的完整性，提前释放顶板聚集的弹性能，减弱和消除了工作面的冲击矿压危险，胜，保证了工作面的安全生产．现场实践证明，该项技术对具有坚硬顶板型冲击矿压的防治效果明显．     

坚硬厚层顶板群结构破断的采场冲击效应

采用理论分析、物理相似模拟及现场实测相结合的方法,对坚硬厚层顶板群结构的破断冲击效应进行了分析.研究表明:多分层坚硬顶板群结构的破断冲击载荷在短时间内会产生较大的波动,工作面来压特征受多分层顶板垮断的联合作用;采场冲击来压强度主要与顶板赋存厚度及自身岩性特征有关,对于岩性相近的顶板岩层,厚度越大,对采场的矿压冲击影响也越剧烈,但厚层顶板垮断后的结构对其上覆顶板岩层的冲击载荷强度具有一定的缓冲.以大同矿区坚硬顶板群结构下的煤层开采为例,现场实测分析得到的工作面采场来压特征说明多分层顶板的垮断失稳有一定的随机性,但各分层顶板的单层垮断或多层同步垮断几率在整个煤层开采过程中基本保持不变.     

离层注浆控制冲击矿压危险机理探讨

煤层上覆坚硬厚层岩层组成的主关键层对冲击矿压的发生具有强烈的影响,主关键层岩层的剧烈活动是冲击矿压发生的集中区域,而且震级也高;冲击矿压的发生需要煤层及其周围岩层中聚集大量的弹性能外,还需要主关键层破裂等释放的外部能量;该外部能量与岩层厚度的平方、抗拉强度的2．5次方成正比;破断中心距巷道工作面越近、释放的能量越大,传播到巷道工作面处的能量越大,越容易引发冲击矿压。因此,可采用覆岩离层注浆等技术手段保证覆岩主关键层的长期稳定,消除主关键层岩层破断引发的冲击矿压危险。     

大倾角煤层走向长壁开采顶板岩层活动规律及其矿压控制

依据现场观测和实验室研究的成果，总结了大倾角煤层走向长壁式开采采场矿压显现和顶板岩层活动规律，介绍了工作面矿压控制方法。     

坚硬顶板特厚煤层预爆破放顶采煤试验

忻州窑矿8916工作面为坚硬特厚煤层,其顶板为坚硬岩层,采用中巷预爆的方法及优化参数后的放顶煤采煤法,控制了煤的块度,提高了煤炭回收率,减小了工作面矿压。     

矿山压力与岩层控制研究热点最新进展评述

矿山压力与岩层控制(或岩层控制)是井工开采煤矿的4大系统之一.广义上讲,岩层控制问题不仅涉及顶板控制,还包括巷帮和底板控制、煤柱设计、液压支架设计、上覆岩层垮落失稳规律、地表沉陷等.过去30a,岩层控制研究取得了极大进展,相应成果指导的工程实例更进一步表明了岩层控制在当今高产高效矿井举足轻重的地位.然而,岩层控制研究仍有很多不如尽人意的地方.为了拓展岩层控制理论,本文探讨了研究方法、岩石力学特性、地质、数值模拟、原岩应力、顶板锚杆支护、煤柱、矿压观测、煤岩失稳、地表沉陷、液压支架、冲击地压等12个相关研究热点在西方国家的最新进展和不足.     

两硬综放面矿压显现规律研究

根据忻州窑矿８９１６综放面的矿压观测，系统地分析了两硬条件下综放开采的矿压显现规律。文章的结论是：两硬条件下的综放面既具有坚硬顶板带冲击载荷的悬梁式破断规律，又具有综放开采的动载系数小，支架载荷低的显现特征，采场控制仍要有高强度的支撑和必要的顶板预处理措施。     

煤岩动力灾害的弱化控制机理及其实践

煤岩动力灾害的实质是能量积聚与耗散的自组织临界过程，当煤岩体中所积聚的弹性能达到其极限冲击能时，就会发生冲击矿压．实验室研究发现，弹脆性煤体是能量积聚与耗散的主体，顶板关键层（坚硬厚层砂岩顶板）的运移则会导致能量积聚与耗散，加速失去动态平衡．以煤岩冲击倾向性与顶板强度及厚度的关系为基础，依据能量积聚与耗散理论，提出了煤岩动力灾害的强度弱化机理，即通过钻孔卸压与深孔卸压爆破来弱化煤岩体的强度，降低煤岩体的聚能能力，释放煤岩体中所积聚的大量弹性能，使得煤岩体中所积聚的弹性能达不到最小冲击能，同时利用电磁辐射监测仪来检验煤岩体强度弱化治理的效果，以达到消除或降低冲击危险的目的．通过在三河尖煤矿9202高冲击危险工作面的生产实践，充分证明了这种技术的有效性．     

"围岩-煤体"系统失稳破坏及冲击地压预测的探讨

根据“围岩－煤体”系统在开采过程中力学结构和力学状况的运动变化特征,分析了顶板岩层对煤体缓慢加载和瞬间加载的两种作用方式,研究了瞬间加载时“围岩－煤体”系统从稳定状态到失去稳定的物理、力学过程,提出了冲击地压发生的判别准则,在现场取得了较为成功的应用。     

济二矿首例孤岛综放面冲击矿压监测治理

孤岛综放工作面及其周围巷道附近应力集中程度高，顶板运动剧烈，再加上地质构造的影响，采深较大时，很容易引发冲击矿压．孤岛工作面冲击矿压危险检测预报及控制的技术可事先分析冲击危险程度，并提出早期预报．本采用电磁辐射和钻屑法进行及时预报；应用卸压爆破进行处理，并采用电磁辐射和钻屑法检验防治措施的效果．实践证明，这套技术安全、可靠、有效，能够保证工作面的安全高效生产．     

Prediction of rock-burst-threatened areas in an island coal face and its prevention:A case study

The island coal face arises in coal mines with the purpose of preventing gas explosion or maintaining the balance between mining and tunneling. However, its particular stress conditions in the surrounding rock may increase the difficulty of stress control in the coal face and in its mining roadways, especially when the coal seam, the roof, and the floor have rock-burst propensities. The high energy accumulated in the island coal face and in its roof and floor will intensify rock-burst propensity or even induce rock burst,which further result in great casualties and financial losses. Taking island coal face 2321 in Jinqiao coal mine as a case, we propose a method for the prediction of rock-burst-threatened areas in an island coal face with weak rock-burst propensity. Based on the analysis of the movement of the overlying roof and characteristics of stress distribution, this method combined numerical simulation with drilling bits to ensure the prediction accuracy. The effects of coal pillars with different widths on the mitigation of stress concentration in the coal face and on the prevention of rock burst are analyzed together with the mechanism behind. Finally, corresponding measures against the rock burst in the island coal face are proposed.     

华丰煤矿顶板突水机理研究

为了解决新汶矿业集团华丰煤矿4煤层顶板突水问题，基于矿山压力控制理论，在分析顶板突水水源的基础上，研究了该矿的顶板突水机理．结果表明：顶板突水同顶板覆岩运动过程中形成的离层、冲击地压及斑裂线存在密切的因果关系，斑裂线和沿层离层是造成顶板水主要沿工作面下平巷涌出的主要因素，斑裂线是导致华丰煤矿顶板大量突水的主要导水通道．通过3405工作面出水实例和化学连通试验说明离层带注浆浆液中的水能够通过顶板岩层的裂隙进入工作面．     

Frequency spectrum analysis on micro-seismic signal of rock bursts induced by dynamic disturbance

Blasting and breaking of hard roof are main inducing causes of rock bursts in coal mines with danger of rock burst,and it is important to find out the frequency spectrum distribution laws of these dynamic stress waves and rock burst waves for researching the mechanism of rock burst.In this paper,Fourier transform as a micro-seismic signal conversion method of amplitude-time character to amplitude-frequency character is used to analyze the frequency spectrum characters of micro-seismic signal of blasting,hard roof breaking and rock bursts induced by the dynamic disturbance in order to find out the difference and relativity of different signals.The results indicate that blasting and breaking of hard roof are high frequency signals,and the peak values of dominant frequency of the signals are single.However,the results indicate that the rock bursts induced by the dynamic disturbance are low frequency signals,and there are two obvious peak values in the amplitude-frequency curve witch shows that the signals of rock bursts are superposition of low frequency signals and high frequency signals.The research conclusions prove that dynamic disturbance is necessary condition for rock bursts,and the conclusions provide a new way to research the mechanism of rock bursts.     

Numerical simulation study on hard-thick roof inducing rock burst in coal mine

In order to reveal the dynamic process of hard-thick roof inducing rock burst, one of the most common and strongest dynamic disasters in coal mine, the numerical simulation is conducted to study the dynamic loading effect of roof vibration on roadway surrounding rocks as well as the impact on stability. The results show that, on one hand, hard-thick roof will result in high stress concentration on mining surrounding rocks; on the other hand, the breaking of hard-thick roof will lead to mining seismicity, causing dynamic loading effect on coal and rock mass. High stress concentration and dynamic loading combination reaches to the mechanical conditions for the occurrence of rock burst, which will induce rock burst. The mining induced seismic events occurring in the roof breaking act on the mining surrounding rocks in the form of stress wave. The stress wave then has a reflection on the free surface of roadway and the tensile stress will be generated around the free surface. Horizontal vibration of roadway surrounding particles will cause instant changes of horizontal stress of roadway surrounding rocks; the horizontal displacement is directly related to the horizontal stress but is not significantly correlated with the vertical stress; the increase of horizontal stress of roadway near surface surrounding rocks and the release of elastic deformation energy of deep surrounding coal and rock mass are immanent causes that lead to the impact instability of roadway surrounding rocks. The most significant measures for rock burst prevention are controlling of horizontal stress and vibration strength.