基于能量耗散的上覆遗留煤柱区冲击地压防治技术

为降低上覆煤层遗留煤柱对下方采掘巷道的冲击影响,研究分析了煤柱载荷分布、底板应力传递与采场围岩应力分布的关系,由能量耗散理论对遗留煤柱区围岩系统中弹性应变能的来源进行了判断。研究表明,煤柱形成后,采空区悬顶、底板距离及煤柱尺寸是造成下方煤体的高应力集中的主要原因,也是整个煤柱系统中弹性应变能的主要来源;从减少悬顶、弱化煤柱和衰减底板应力等多途径出发能够有效耗散煤柱系统的弹性应力能;弱化遗留煤柱选择高压水力压裂措施,底板应力传递过程中的衰减则采用顶板预裂措施实现耗能目的;在鹤岗南山矿遗留煤柱区域进行了现场试验,针对遗留煤柱及层间岩层均采取了耗能措施,现场情况表明该处理方法具备一定的效果且可行。     

基于冲击启动过程的近场围岩冲击危险性电磁波CT评估方法

近年来，随着开采深度和强度的逐渐增大，冲击地压灾害发生频率逐年升高，严重威胁矿井的安全生产。针对目前基于现场实测的冲击危险性评价方法仅从能量聚集角度进行危险性判别，导致评价结果不能反映现场全部冲击危险情况的问题，考虑了冲击启动过程经历的"能量释放→能量传递→冲击显现"3个阶段，分析了基于冲击启动过程的冲击危险性评估原理，通过理论研究，构建了包括能量集中指数、屈服接近指数、能量传递衰减指数和支护损伤指数等4个指标，设定了各指标的权重，包括根据各指标量值差异程度设定的属性权重，以及根据各指标危险等级设定的等级权重；由此，以电磁波CT探测系统为平台，建立了能够划分近场围岩冲击危险区域及危险等级的电磁波CT评估方法，并将该方法编程实现。应用此方法对亭南煤矿207工作面现场实测数据进行处理，发现区段煤柱内布置巷道大幅升高了相邻煤柱区的应力集中程度及支护损伤程度，进而增大了相邻煤柱区的冲击危险性。通过钻屑法验证了基于冲击启动过程的冲击危险性评估方法的有效性。该方法依据冲击启动过程将评估体系细化，能够有效提升对冲击危险区域及危险等级的辨识度，为巷道冲击地压治理提供了更为准确的依据，尤其能为煤柱区冲击地压防治提供借鉴。     

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。     

千秋煤矿新井煤柱区冲击地压频发地质原因

为了理清千秋煤矿新井煤柱区域冲击地压频发的地质原因,从而对冲击地压防治工作提供启示,对顶板岩性、地层结构、地表沉降和断裂构造等地质因素进行了统计、对比和分析,阐述了各因素导致冲击地压发生的机理,研究了地表沉降与冲击地压之间的关系。指出煤层上覆巨厚砾岩和"两硬一软"的地层结构是新井煤柱区冲击地压发生的地质基础。煤柱南部采空区地表下沉系数仅为0.18,上覆岩层远未达到充分沉降,造成煤柱区应力高度集中,是该区域冲击地压频发的主要原因。     

高冲击危险区冲击危险性分析

9202工作面因其上部煤层遗留煤柱,导致掘进和回采期间多次进入应力叠加区,存在冲击地压危险性。从煤岩力学性质、开采深度、顶板岩层的结构特点及上覆残留煤柱区的影响等方面进行分析,采用冲击地压危险状态等级评定的综合指数法,确定了其冲击危险性,为进而采取相应的解危措施打下了理论基础。     

受断层影响的采场冲击地压危险区域划分研究

对安徽省朱集东矿首采面冲击地压倾向进行了鉴定,测试的煤样动态破坏时间、冲击能量指数、弹性能量指数平均值显示无冲击倾向,但个别试样具有冲击地压倾向,说明在开采条件具备时具有冲击危险。根据工程实际,重点分析工作面构造、顸板运动、煤柱留设等对冲击地压的影响,为合理划分冲击危险区域提供了依据。     

深部不规则孤岛煤柱区冲击地压机理及防治

针对某矿中央采区深部不规则孤岛煤柱区冲击地压防治问题,基于理论分析、数值模拟、现场实践等方法对煤柱区冲击地压机理进行研究,制定煤柱区煤岩强度弱化减冲方案.基于煤柱区空间覆岩结构特征,辨识不同煤柱尺寸下煤体支承压力分布形态,揭示深部不规则孤岛煤柱区煤体失稳冲击机理.研究表明,孤岛煤柱区在竖向剖面上为非对称"T"型覆岩结构,煤体应力多呈不对称"马鞍形"分布,煤柱为"高应力不规则孤岛煤柱";模拟结果显示孤岛煤柱区支承压力呈不对称分布,煤柱区垂直应力峰值随工作面采空持续升高且逐渐向采区深部转移;制定煤柱区顶板深孔爆破、煤体大直径钻孔卸压的动静载力源降载释能防冲方案,降低了不规则煤柱区煤岩体应力水平,有效避免了深部不规则煤柱区冲击地压的发生.     

顶板条带弱化法防治中央大巷冲击地压机制及实践

坚硬顶板是良好的储能体，破断时释放大量弹性能极易诱发冲击地压灾害。以陕西省孟村煤矿中央大巷为研究对象，通过对中央大巷的地质赋存特征、煤层物性力学特征、巷道空间关系和地应力赋存特征进行综合分析，认为高地应力赋存、强冲击倾向性、多巷布置造成的应力集中和上覆易“储能”的坚硬顶板是导致中央大巷冲击地压频发的主要因素。基于此，提出顶板条带弱化法来对巷道上覆坚硬顶板进行致裂弱化，达到防治巷道冲击地压的目的。顶板条带弱化就是指在巷道正上方一定范围的坚硬顶板内通过人工措施沿顶板顺层方向制造平行于巷道轴向的条带状弱化范围，其主要作用是降低能量存储、增加能量耗散和局部结构调整，并对这3个作用机制分别进行了力学建模和分析。最后，在孟村中央大巷采用超长孔水力压裂技术在坚硬顶板内构筑顶板条带弱化范围，借助SOS微震监测系统对比措施前后一定区域内微震事件的能级和显现特征，结果显示措施后监测区域内再无能量大于10⁴ J的微震事件出现，其他等级的能量均出现明显的下降，且能量的集聚区域也发生了一定的改变，也就是说措施范围内坚硬顶板的完整性和储能能力降低，表明顶板条带弱化法取得了良好的防冲效果，同时...     

基于多因素分析的孤岛工作面冲击地压危险性预测

为了有效防治兖州矿区南屯煤矿73上29孤岛工作面发生冲击地压事故,分别利用综合指数法和可能性指数法对工作面冲击地压危险性进行了宏观评价,采用考虑覆岩运动以及采空区煤柱等多因素的耦合分析方法划分了工作面的冲击地压危险区域,并针对不同危险区域提出了大直径钻孔卸压和煤体爆破卸压的防治方案,取得了良好的防治效果。研究成果可为类似地质条件的孤岛工作面冲击地压防治提供一定的借鉴作用。     

上覆遗留煤柱区冲击矿压治理实践

煤柱区是高应力集中区,易诱发冲击矿压显现。以三河尖煤矿92206工作面为例,通过理论和数值模拟研究了上覆遗留煤柱区应力分布特征,采用综合指数法分析了区域冲击危险性,并制定和采取了系统的冲击矿压防治技术措施。实践表明:由于上下煤层工作面斜交,遗留煤柱区影响范围大,冲击危险高,采用煤体卸压和顶板预裂防治技术后,煤柱影响区矿震以低能级、多频次形式释放区域煤岩体积聚的弹性变形能,避免强矿震透发冲击矿压灾害显现。     

深井不等宽断层煤柱诱发冲击地压机理研究

以采深超千米且存在不等宽断层煤柱工作面为工程背景，分析了断层构造应力和临断层采动工作面上覆岩层运移对冲击地压的影响，进而研究了不等宽断层煤柱诱冲机理。研究表明，断层构造应力和煤层上方悬露覆岩应力叠加超过不等宽断层煤柱综合强度导致了冲击地压发生。通过构建断层构造应力模型、悬露覆岩载荷模型和不等宽断层煤柱承载模型，推导了不等宽断层煤柱能否发生冲击的力学判别式，可用于断层煤柱区域冲击危险区的精确划分，为提前采取针对措施提供依据。研究成果经现场实践，实现了工作面安全开采。     

顶板“人造解放层”防治冲击地压方法、机理及应用

冲击地压矿井开展解放层(保护层)开采，能够根本性的改造采掘工作面应力集中程度，从而大范围降低采掘活动空间冲击危险性。针对无解放层可采的单一煤层矿井，为了实现冲击地压煤层区域性卸压目标，提出了煤层上覆主导致灾层位厚硬顶板区域水力压裂“人造解放层”卸压防治冲击地压方法，并建立了工程力学模型，综合采用理论分析、工程验证等方法进行区域性卸压机理及工程试验研究。结果表明，在冲击地压发生载荷供给历程中，通过区域性改造煤层上覆岩层结构与载荷，可以改变冲击地压发生必须的基础静载荷集聚；针对顶板控制型冲击地压矿井，在开拓、准备、回采不同阶段，针对影响冲击地压发生的厚硬顶板开展区域性水力压裂改造覆岩结构与载荷分布，使得巷道掘进及工作面回采期间均处于压裂覆盖范围下的低应力区，实现冲击地压单一煤层顶板产生“人造解放层”效应；顶板区域水力压裂人造解放层卸压防治冲击地压机理为：与压裂前相比，煤层上覆厚硬顶板人为区域性致裂，在走向上使其长梁变短梁，大块变小块，从而不具备大面积悬臂功能，降低由悬空面积增大的顶板断裂带来的动载荷；在倾向方向上也使得其上覆载荷由硬传递变为软传递，降低了压裂区域下方煤层的整体静载水平；在陕...     

上覆遗留煤柱区冲击地压综合防控技术北大核心

为防止南山煤矿18~#煤层北三段工作面穿越上覆遗留煤柱区时发生冲击地压灾害,基于应力来源和表现形式,分析了冲击地压致灾力源因素,制定了静载荷卸压降载-动载荷减震消能的分源防控措施。实践表明,近距离遗留煤柱区动、静力源相互叠加,冲击危险性高,基于冲击力源分源防治思想,采用综放开采、爆破卸压降低巷道围岩静载荷水平,顶板爆破预裂、煤柱水力压裂降低动载荷扰动,巷道补强支护增强围岩抗冲能力,保证了巷道围岩处于低应力,微震能量以低能级、多频次形式释放,降低冲击显现程度,有效避免了遗留煤柱区冲击地压的发生。     

上覆遗留煤柱区冲击地压综合防控技术

为防止南山煤矿18~#煤层北三段工作面穿越上覆遗留煤柱区时发生冲击地压灾害,基于应力来源和表现形式,分析了冲击地压致灾力源因素,制定了静载荷卸压降载-动载荷减震消能的分源防控措施。实践表明,近距离遗留煤柱区动、静力源相互叠加,冲击危险性高,基于冲击力源分源防治思想,采用综放开采、爆破卸压降低巷道围岩静载荷水平,顶板爆破预裂、煤柱水力压裂降低动载荷扰动,巷道补强支护增强围岩抗冲能力,保证了巷道围岩处于低应力,微震能量以低能级、多频次形式释放,降低冲击显现程度,有效避免了遗留煤柱区冲击地压的发生。     

冲击煤层孤岛煤柱可开采性研究

条带开采孤岛煤柱和采空区上覆岩层离层位置的确定是计算孤岛煤柱支承压力以及进行孤岛煤柱可开采性研究的前提。根据孤岛煤柱上覆岩层能否形成离层结构,提出孤岛煤柱支承压力的"有源"和"无源"计算模型,以应力准则和挠度准则判定孤岛煤柱上覆岩层离层位置,进而求得孤岛煤柱所承受地层重力并定义孤岛煤柱整体冲击失稳率,最后结合孤岛煤柱冲击地压发生可能性指数诊断法,对孤岛面的整体冲击失稳危险性和可开采性进行判定。经工程实例验证,该方法是合理可行的。     

深井不等宽断层煤柱诱发冲击地压机理研究

以采深超千米且存在不等宽断层煤柱工作面为工程背景,分析了断层构造应力和临断层采动工作面上覆岩层运移对冲击地压的影响,进而研究了不等宽断层煤柱诱冲机理。研究表明,断层构造应力和煤层上方悬露覆岩应力叠加超过不等宽断层煤柱综合强度导致了冲击地压发生。通过构建断层构造应力模型、悬露覆岩载荷模型和不等宽断层煤柱承载模型,推导了不等宽断层煤柱能否发生冲击的力学判别式,可用于断层煤柱区域冲击危险区的精确划分,为提前采取针对措施提供依据。研究成果经现场实践,实现了工作面安全开采。     

煤矿冲击危险性多因素耦合评价软件的开发与应用

为了合理评价煤矿冲击地压的危险性,克服传统评价方法的技术弊端,本文研究了冲击地压的影响因素和现有冲击地压危险的分级评估准则。以MATLAB软件为编程语言,利用图形用户界面(GUI),通过编制煤矿冲击地压危险性多因素耦合评价软件,以开采深度、煤岩结构、地质构造、覆岩空间结构、煤柱诱发五个因素作为评价指标,实现了煤矿冲击地压危险性评价和分级。以山东某矿为例,利用煤矿冲击地压危险性多因素耦合评价软件对该矿某工作面进行了冲击地压危险性多因素耦合评价。研究结果表明:该工作面冲击地压危险性等级为中等冲击危险性,冲击地压危险区域包括6个一般危险区域、3个中度危险区域和1个高度危险区域。本软件能较准确地反映煤矿冲击地压的危险程度,改善现有评价方法的可操作性和实用性,提高了冲击地压危险性评价的准确性和科学性。     

特厚近直立煤层上覆煤柱诱发冲击地压的机制研究及应用

通过建立特厚近直立煤层开采中上覆煤柱的力学模型与数值模型,分析了上覆煤柱及其围岩的力学状态,得出上覆残留煤柱的存在对冲击地压有明显影响,其诱发冲击地压的机制为在高水平应力作用下,在煤柱边缘形成剪切区,剪切区的煤岩层存在应力集中并积聚了大量的弹性能,容易失稳诱发冲击地压。通过分析高能量微震事件的分布规律及冲击显现的震源定位,验证了煤柱诱发冲击地压的机制。针对这一诱发机制,对剪切区应用岩层注水及煤岩深孔爆破措施,有效地降低煤柱剪切区的应力集中程度,使煤岩层平稳地释放弹性能,降低了冲击危险性。     

深井区段煤柱冲击地压静载荷探测及综合防控技术

针对郓城煤矿1301工作面临空80m区段煤柱冲击地压防控难题,分析了区段煤柱冲击地压发生的主导因素,采用震波CT原位探测技术评价区段煤柱冲击危险性,制定了综合防治方案并进行现场应用。结果表明：80m区段煤柱冲击地压载荷源为高自重应力、强构造应力与采空区侧向支承压力叠加而成的静载荷|基于静载荷探测的震波CT原位评价技术揭示区段煤柱测区内冲击危险指数C=0.5～0.7,具有中等冲击危险|巷帮大直径钻孔强预卸压可转移高应力、改变煤层积聚弹性能的条件,巷道全断面支护加固来增强围岩的整体抗冲能力,确定合理推进度降低开采扰动,综合监测预警确定动态冲击危险区并及时卸压解危,现场应用表明防治效果明显。     

冲击地压矿井水射流联合水力压裂宽煤柱卸压技术研究

针对冲击地压矿井宽煤柱会积聚大量弹性能从而容易引起地压灾害事故的问题，基于理论分析和现场试验，对葫芦素煤矿21103工作面区段煤柱进行了“钻-切-压”一体化卸压技术研究，通过布置钻孔进行射流切缝和压裂对区段煤柱弱化卸压，增大了区段煤柱内塑性区宽度，减少了弹性能量积聚，同时为减少煤柱卸压对巷道支护产生的负面影响，在21103工作面临空回风巷进行了定向水力压裂切顶，减少了侧向采空区悬露顶板向区段煤柱上的应力传递。“钻-切-压”一体化卸压技术与定向水力压裂切顶技术的联合应用，在21103工作面临空回风巷内取得了良好的实践效果，解决了区段煤柱内塑性区宽度增加同时对巷道支护不利这一矛盾。