坚硬顶板下煤柱岩爆的尖点突变理论分析

用尖点突变模型对坚硬顶板下煤柱岩爆非稳定机制的讨论，给出了岩爆发生准则，岩爆时的顶板突跳和能量释放量，讨论了影响岩爆的因素及影响程度。并以此为基础讨论了岩爆发生的前兆规律与过程，提出了可临测的前兆信息。这种既研究准则、又研究前兆与过程的方法，是防治岩爆的更为实际和有效的途径。     

尺寸因素对煤柱岩爆影响规律的探讨

针对坚硬顶板下柱式开采系统和煤柱的应变弱化响应，分别采用中点约束刚性固支梁模型和剪切带滑动弱化模型，讨论了尺寸因素对此种条件下岩爆发生及其强度的影响规律。     

采空区煤柱-顶板系统失稳的力学分析

基于温克尔假设，将坚硬顶板视为弹性板（突破将坚硬顶板视为弹性梁的传统思想），将煤柱等效为连续均匀分布的支撑弹簧，从而形成煤柱-顶板相互作用系统.同时，将煤柱视为应变软化介质，采用近似的Weibull分布描述它的损伤本构模型，依据板壳理论和非线性动力学理论对采空区煤柱-顶板系统失稳机理进行了研究，得出了系统失稳的突变机制，并给出了系统失稳的数学判据和力学条件.最后以马脊梁矿为工程实例进行分析，结果表明,理论分析与工程实测数据吻合颇好.     

流变性岩层下矿柱岩爆的发生条件与滞后时间

针对厚层状粘弹性顶板下煤柱岩爆问题建立了一个简单力学模型，并据此讨论了岩爆的非稳定机制，建立了这种条件下岩爆发生的判别准则，对岩爆滞后现象给出了一种理论解释，并推出了岩爆滞后时间ｔｃ与岩爆最大滞后时间ｔｃｍａｘ的表达式。     

孤立煤柱岩爆的尖点突变与时间效应

针对粘弹性顶板下孤立煤柱岩爆问题建立了一个简单力学模型，用尖点突变理论讨论了岩爆的非稳定机制；阐明了岩爆发生条件可归结为外部对系统输入能量的条件和系统内部能量突然释放的条件；而岩爆滞后是由于控制参量变化需经过一段时间才满足分叉集方程引起的。并讨论了比值Ｋ_０／Ｋ_∞和λ／Ｋ_∞对岩爆滞后时间的影响。     

刀柱式采空区煤柱合理承载时间分析

为解决坚硬顶板工作面刀柱式采空区对上部煤层开采影响的问题,基于广义开尔文体描述煤柱的流变特性,建立煤柱-顶板系统力学模型,结合最小势能原理,得出采空区煤柱的有效承载时间计算公式,并依据公式对影响煤柱承载时间的影响因素进行了分析,最后结合工程实例进行验证。结果表明:采空区煤柱-顶板系统将随时间逐渐破坏至失稳;煤柱的有效承载时间与自身黏性系数成正线性关系、与瞬时弹性系数近似呈"抛物线"关系、与横截面积成正比例关系、与长期弹性系数、顶板刚度和煤柱高度近似呈负指数关系;建立的基于煤柱流变特性的采空区煤柱-顶板体系力学模型所推导出的煤柱有效承载时间计算公式具有一定的准确性。     

房式采空区下近距离煤层开采顶板切落突变分析

本文针对房式采空区下近距离煤层开采时,煤柱上方顶板与直接顶来压不一致容易导致顶板切落灾害,根据煤柱在上覆荷载作用下破坏失稳的非线性变化特征,建立了顶板-煤柱-矸石的力学系统.利用尖点突变理论研究了在线性荷载作用下系统的失稳机制,获得了该系统失稳的充要条件及煤柱的变形突跳量表达式和能量释放计算量,分析了顶板-煤柱-矸石系统失稳的主要影响因素.结果表明,煤柱的失稳破坏是顶板切落的主要因素.同时,利用能量法计算了在冲击作用下的冲击动载系数和支架的工作阻力.最后结合工程实例验证了理论推导的合理性.     

冲沟地貌近距下位煤层综放面进出煤柱期间顶板结构稳定性研究

针对冲沟地貌条件下近距离煤层群下位煤层综放面进出煤柱期间矿压显现剧烈问题,以上榆泉煤矿9#、10#煤层为工程背景,采用数值模拟方法分析了上位9#煤层遗留煤柱集中应力的分布规律,探究了下位10#煤层综放工作面进出煤柱期间采动应力与煤柱集中应力的叠加效应,结合工作面进出煤柱顶板结构模型,明确了顶板结构失稳方式为回转失稳与滑落失稳,回转角度与岩层断裂度为失稳的关键影响因素,针对顶板块体破坏方式提出煤柱下掘进工艺巷和减小采厚两种的进出煤柱期间压架灾害防治措施。可为冲沟地貌近距离煤层开采顶板控制与灾害防治提供借鉴。     

充填回收房式煤柱采场煤柱稳定性分析

为了提供充填回收房式煤柱采场围岩稳定性分析的理论依据,采用理论分析和数学推导对充填体-煤柱共同支撑下的围岩力学结构进行了研究,发现煤柱区域弹性地基系数kp、充实率φ、顶板抗弯刚度EI、覆岩载荷q是影响煤柱稳定性的主要控制因素。基于弹性地基梁理论建立了顶板岩梁的挠度方程,提出了煤柱区域及充填体的弹性地基系数计算方法,推导出了充实率对煤柱受力、顶板下沉量、采场应力分布特征的计算方程组,并建立了煤柱稳定性的评价公式。     

无煤柱无掘巷开采自成巷道围岩结构控制及工程应用

鉴于传统留煤柱开采方式资源采出率低、巷道掘进率高等问题,基于切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术思路,提出了无煤柱无掘巷开采技术,通过与传统留煤柱开采工艺对比,详细阐明了无煤柱无掘巷开采技术工作面的开采方式及巷道形成原理。通过分析工作面回采过程中顶板岩层运动特征,建立了无煤柱无掘巷开采自成巷道围岩结构力学模型,导出了顶板支护阻力表达式并分析了支护阻力影响因素。针对顶板岩层运动特征,研究了无煤柱无掘巷开采配套支护技术。提出了无煤柱无掘巷开采分区治理技术,将成巷区的加强支护分为密集支护区、间隔回撤区和完全回撤区3个区域,提出对不同的支护分区采取不同的支护对策,并在现场进行了工程应用试验。现场工程试验效果表明,无煤柱无掘巷开采实现了盘区内工作面的回采不再需要提前掘进回采巷道、且工作面间无需留设护巷煤柱的开采目标。     

厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压机理及防治

针对呼吉尔特矿区厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压现象,通过现场实测和数值模拟,分析了宽煤柱垂直应力分布特征,通过理论分析,揭示了宽煤柱发生冲击的结构条件;基于冲击地压"三因素"机理,研究了宽煤柱诱发冲击地压机理:在侧向支承压力和工作面采动应力叠加影响下,具有冲击倾向性的宽煤柱应力高度集中,当其达到极限强度发生卸载时,由于煤柱体刚度与顶板岩层刚度相近,造成煤体运动速率很大,呈现冲击地压显现。在此基础上,提出了小煤柱护巷和断顶爆破等措施降低煤柱应力、采用大直径钻孔卸压和煤层注水等措施改变煤体刚度的防治策略,针对311103工作面提出了采取断顶爆破和大直径钻孔的组合防治方法,宽煤柱应力集中程度出现明显降低,防治效果较为显著。     

“Z”型煤柱诱发冲击矿压的模拟研究

针对常村矿的冲击矿压类型,以弹性力学、岩体力学、材料力学等理论为基础,初步建立"Z"型煤柱的力学模型。"Z"型煤柱诱发型冲击矿压,其主要影响因素包括采深、工作面巷道开拓布置、顶底板岩层结构、周围煤岩体的冲击倾向性等。通过数值模拟分析了2113工作面开采过程中水平应力和垂直应力的演化规律,详细分析了"Z"型煤柱区域的应力分布规律,得出"Z"型煤柱诱发冲击的原因及机理。最后提出21采区的工作面布局,即下分层工作面巷道内错式布置,有效地避免了"Z"型煤柱、应力集中现象的发生。     

“两硬”条件下冲击地压微震信号特征及前兆识别

结合微震监测数据,对大同忻州窑矿8935“两硬”条件工作面回采过程中发生的冲击现象进行分析;从微震事件震源定位、能级与频次关系以及冲击前微震信号频谱演化规律等方面讨论了该工作面冲击地压机理及前兆信息特征。研究表明：8935工作面冲击地压为坚硬顶板破断诱发煤柱区域积聚能量的突然释放所致;冲击震源多在工作面超前50 m范围内沿采空区煤柱侧,且主要集中在坚硬顶板断裂后发生压缩、反弹的空间区域;冲击地压前微震事件频次、能量、微震信号 b 值及主频均呈下降趋势。冲击地压前微震频谱主要集中在5~60 Hz,微震主频急剧降低和幅值明显升高可视为冲击前兆特征之一。     

阜新矿区冲击矿压数值模拟研究

对阜新五龙矿、海州立井、孙家湾矿和王营矿的冲击矿压情况做出分析和总结,得出阜新矿区冲击矿压的一般规律,发现地质构造和煤柱是影响阜新冲击矿压的两个重要因素,并采用数值模拟方法研究了地质构造和煤柱对冲击矿压的影响。     

基于震波CT探测的宽煤柱冲击地压防控技术

针对深井区段煤柱冲击地压易发、多发、难防治的难题,以某矿1301工作面80 m区段宽煤柱冲击地压为例,利用数值模拟及微震数据分析,研究了宽煤柱冲击地压致灾机制,采用震波CT原位探测技术评估了宽煤柱区域内冲击危险性,并提出针对性防治方案。结果表明:3号煤层具有弱冲击倾向性,顶板岩层具有强冲击倾向性,已具备发生冲击地压的内在条件,高自重应力、强构造应力提供了基础静载荷,采空区侧向支承压力提供了增量静载荷,当两者叠加导致垂直应力超过冲击临界支承压力时,为宽煤柱静载荷冲击地压的发生提供了力源条件;震波CT原位探测技术以穿透煤岩体的实际震动波射线进行波速反演,反映煤岩体静载荷分布特征及结构特性,建立了以波速异常系数CA和波速梯度系数CG为主要因子的冲击地压危险性评估模型;鉴于宽煤柱冲击区域采掘空间实际条件,设计布置近完全观测系统观测方式,采用震波CT原位探测技术反演评估得到宽煤柱测区内冲击危险指数C=0.5~0.7,表明冲击发生后,宽煤柱仍然存在静载荷集中区域,具有中等冲击危险,并且运输巷侧冲击危险指数较采空区侧高,表明煤柱应力由采空区侧向运输巷侧转移,局部区域煤体破碎易冒顶片帮;制定了基于静载荷疏导的多层次防冲技术:大直径钻孔预卸压转移巷帮集中应力,耗散弹性应变能,确定合理日进尺为2.4 m,降低开采扰动,巷道全断面补强支护,提高围岩抗冲击能力;通过上述措施,现场监测宽煤柱煤体应力未发生突增,微震能量及频次变化平缓,1301工作面已安全回采宽煤柱区,防治效果显著。     

坚硬煤岩组合条件下冲击矿压发生机理

顶板岩层结构中的厚层砂岩顶板是影响冲击矿压发生的主要因素之一,而目前作为煤层冲击倾向鉴定的主要依据是煤层自身的冲击倾向的实验室鉴定结果,这一结果与实际现场有的反差较大。三河尖矿采用主采煤层组合煤岩进行了冲击倾向性试验,为三河尖煤矿高冲击危险区工作面冲击矿压监测及治理提供了基础参数。     

深井特厚煤层工作面强烈动压区安全开采技术

为保障深井特厚煤层工作面在强烈动压区的安全开采,以新巨龙矿井2302S工作面为背景,通过现场监测、数值模拟和理论分析,研究了深井特厚煤层工作面强烈动压区的致灾机理与安全开采技术。研究结果表明：应力监测得到的强烈动压区内冲击地压危险区超前影响距离约为117 m,峰值影响距离约为48 m,压架危险区超前影响距离约为26 m,并采用数值模拟进行了验证;工作面过强烈动压区时存在煤柱冲击和采场压架两类动力灾害,诱发煤柱型冲击地压的机理主要在于工作面开采引起煤柱应力高度集中;诱发采场压架的主要机理在于支架控顶距的突变导致支架载荷异常;根据强烈动压区致灾机理提出了相应的安全开采技术,并进行了现场验证,保障了工作面的安全开采。     

综放工作面煤柱尺寸对顶板破断结构及裂隙发育的影响规律

煤层开采后基本顶破断结构直接影响上覆岩层裂隙区的范围和发育程度,运用理论分析和数值模拟相结合的方法,对不同煤柱条件下基本顶破断结构以及由此带来的顶板裂隙发育区演化规律进行了研究。上工作面侧向破断 “三铰拱”结构使下工作面基本顶破断由固支悬臂梁结构变为铰支结构,煤柱两侧形成不对称裂隙发育区。研究结果表明：中小煤柱时,岩块铰接回转,岩块长度大于基本顶悬臂极限断裂长度且随煤柱尺寸增加逐渐增加,裂隙发育区范围随之增加;大煤柱时,下工作面基本顶破断超出上工作面侧向结构影响范围外,岩块长度不变。回转角度由岩块长度和下沉量共同决定,并通过理论分析得到了相应的计算公式。     

复合顶板沿空切眼窄煤柱留设与锚杆支护技术

 某矿Ⅱ6119工作面开切眼为沿空掘巷,留设窄煤柱隔离采空区;窄煤柱受相邻工作面采动支承压力作用,煤岩体比较破碎;开切眼直接顶为复合顶板,老顶含有裂隙水。受以上综合因素影响,切眼围岩变形剧烈,顶板极易离层,容易发生冒顶事故。通过对开切眼矿压规律进行观测,在分析切眼围岩破坏原因的基础上,确定了窄煤柱的合理宽度,提出了极易离层复合顶板条件下沿空切眼高强度锚杆支护的设计方法和支护参数,并对其支护效果进行了分析。