崔木煤矿动静载联合作用下冲击地压防治技术

针对崔木煤矿21306工作面在掘进和回采期间频繁发生冲击显现的问题,通过数值模拟和微震监测,确定了崔木煤矿冲击地压发生的动静载主控因素,并提出了相对应的防治措施。研究结果表明:采掘工作面静载荷主要来源于侧向支承压力、超前支承压力和构造应力三者叠加,而坚硬厚层顶板的活动断裂为主要动载荷源,动静载荷联合作用时极易发生冲击地压。基于此,从降低煤体内的集中高应力和避免顶板悬顶两个方面着手,制定了大孔径钻孔卸压和顶板深孔预裂爆破相结合的防治方案,实施结果表明通过对两种载荷采取对应措施,有效降低了冲击危险,保障了21306工作面的安全回采。     

520106孤岛工作面覆岩空间结构分析

针对孤岛工作面回采期间，由于煤层顶板覆岩结构失稳所释放动载与原始应力场中静载叠加诱发冲击地压问题，以沙沟岔煤矿520106孤岛工作面为工程背景。首先，开展单轴压缩试验对主采煤层煤样动态破坏时间、弹性能指数、冲击能指数等冲击倾向性指标进行测定；其次，运用覆岩空间结构OX-F-T模型结合地表下沉参数以及邻近工作面矿压监测数据，对孤岛工作面上覆顶板空间结构进行了分类；最后，根据冲击地压动静载分析理论，从载荷特性方面对工作面覆岩空间结构失稳应力进行叠加计算。结果表明，5^-2煤层为Ⅱ类弱冲击倾向性煤层，520106工作面上覆顶板空间结构为短臂“T型”,工作面回采期间动静载叠加后峰值载荷为16.37～18.37 MPa,工作面回采期间冲击危险程度较低。     

井上下煤层顶板区域压裂防治冲击地压系统及应用

针对冲击地压局部卸压范围小，连续性低，作业风险高等问题，开展煤层厚硬顶板井上下千米顺层钻孔区域压裂防冲系统与工程应用研究。结果表明，从加载条件来分，顶板主导型冲击地压可分为动静载荷叠加型、高静载荷加载型、高静载荷卸荷型3种类型；厚硬顶板是采掘围岩冲击地压启动区域性静载荷、动载荷供给主体，以提供冲击启动动静载荷源的厚硬顶板为靶点，提出建立煤层顶板地面、井下千米水平孔分段致裂卸压系统，开展顶板千米顺层钻孔区域压裂。通过井上下提前破坏冲击危险区域上覆顶板的完整性，使得载荷向更完整顶板区域迁移，从而为井下掘进、回采提供低应力作业大环境，也使得冲击地压丧失启动的重要载荷条件。分别进行了工作面开采前地面水平井顶板区域压裂防冲技术试验，工作面开采过程中井下巷道水平孔顶板区域压裂防冲技术试验，实践效果显著，形成了冲击地压建设矿井“先压后建”，生产矿井“先压后掘、先压后采”新的灾害防治模式。     

深部巷道冲击地压动静载分源防治理论与技术

将深部开采覆岩结构特征研究向冲击地压防治技术延伸,研究了深部矿井巷道冲击地压动静载分源防治理论与技术。结果表明,诱发深部冲击地压启动具有2种载荷途径:一种是动、静载荷叠加途径;另一种是纯静载荷叠加途径,因此深部冲击地压发生条件研究应该重点研究诱发冲击启动的动、静载荷来源。研究认为深部工作面L型区域频繁发生冲击的原理,是在工作面距离较远时,临空巷道两帮仅受侧向F型悬臂结构影响,当工作面临近时,由于本面与相邻工作面采空区导通,上覆厚硬顶板悬空区域也导通,因此发生下沉—弯曲—回转幅度更大,悬而不垮造成加大弯曲弹性能储存在L区域,垮断时又造成较大动载荷作用在L区域煤岩体。提出了深部工作面临空巷道、采场"双F、大L"力源结构模型,并给出了临空巷道、采场大L型力源区域冲击地压启动判据算法。采动覆岩"双F、大L"力源结构分析表明,诱发临空巷道冲击启动的载荷来源是空间确定的,提出了深部巷道冲击地压动、静载荷源分源防治方法。即针对F型顶板悬臂断裂造成的动载荷源进行爆破预裂;针对巷道两帮煤体中垂直应力集中进行煤层爆破卸压;针对巷道底板高水平应力进行底板爆破,阻断其推动底板作用。工程实践证明,该方法能够实现深部强冲危险工作面安全回采。     

我国煤炭深部开采冲击地压特征、类型及分源防控技术

我国煤炭资源大规模步入深部开采,深部开采冲击地压事故频繁发生,为了厘清深部开采冲击地压特点、启动类型以及防治与浅部开采的区别,为深部开采防治冲击地压提供理论与技术指导,以我国煤炭资源深部开采冲击地压特征研究为切入点,从诱发冲击地压的载荷源角度,结合工程实例,建立力学模型,研究提出了我国深部开采冲击地压的3种类型,最后提出了深部开采巷道冲击地压动静载荷分源防控方法。结果表明,我国煤炭深部开采冲击地压特征总体表现为因基础静载荷充足,发生门槛降低,冲击显现位置点多面广,发生原理隐蔽性、自发性、时滞性占比大,防治范围扩大,应力恢复快,高强度、长时效卸压要求突出;将我国煤炭深部开采冲击地压划分为3种类型,即深部动静载叠加型、深部高静载加载型、深部高静载卸荷型。深部动静载叠加型,因深部煤炭资源高地压环境,与浅部相比,较高的基础静载荷获得微动载扰动、叠加可发生冲击地压。深部高静载加载型冲击地压,其静载荷缓慢对极限平衡区加载过程冲击是材料失稳,导致工程结构体结构动力失稳的结果,而深部高静载卸荷型冲击地压,其高静载荷最小阻抗带减小,静载荷卸荷过程是围岩结构稳定性遭到破坏,导致工程结构体材料动力失稳的结果,2者存在本质差别;深部冲击地压防控与常规浅埋冲击地压防控,差别在于基础静载荷充足,增量顶板等动载荷来源复杂,冲击危险区域基础静载荷获取增量静、动载荷门槛降低,因此必须高强度、长时效实现静、动载荷源分源防控,阻止诱发冲击地压的载荷条件形成;在动静载荷分源防控指导思想下,针对顶板动载荷源,开发了顶板"钻-切-压"一体化技术,深度弱化顶板,消除顶板动载源;针对巷道两帮垂直应力集中,开发了煤层一次成孔300 mm超大直径无人钻孔技术,高强度、长时效疏导煤体垂直应力;针对巷道底板高水平应力,开发了巷道底角联排桩基,高强度切断水平应力,阻止底板冲击滑移等技术,现场应用效果良好。     

急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击机理及防治

为了防治急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压灾害,以甘肃窑街三矿为工程背景,提出了急倾斜特厚煤层工作面冲击地压的动静载叠加诱发机理以及针对性的防治对策。结果表明:由采动应力非对称分布引起的夹持煤体高集中应力是急倾斜煤层冲击的静载力源,而覆岩破断及结构失稳所形成的强动载是冲击的主要动载力源;在动静载叠加作用下,当应力达到急倾斜煤岩大范围失稳临近载荷则诱发冲击灾害。基于急倾斜煤层开采诱发冲击的动静载力源特征,建立了综合采用顶板深孔预裂爆破控动载、巷帮与底煤爆破或大直径钻孔卸静载的三位一体冲击地压防治技术体系,并成功应用于窑街三矿五采区工作面。     

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...     

厚而坚硬顶板破断诱发冲击地压的机理及其防治方法

基于动静载荷叠加诱发冲击地压机理,以开采煤层上方厚而坚硬顶板为研究对象,建立了工作面回采和沿空巷道顶板破断诱发冲击地压力学模型,并推导出顶板破断引起平均应力和动载荷增加的理论计算公式,以及顶板张拉破坏和剪切破坏判定公式。现场钻孔应力计监测结果和理论计算结果对比表明,利用该力学模型可以比较准确地计算动载荷和应力增量,且顶板厚度、支撑宽度和断裂线在煤体内深度是影响动载荷大小的关键因素。通过对该力学模型的讨论,指出多种有效防治冲击地压的方法。该力学模型的构建为冲击地压危险程度的判别和防治提供了一种新的思路。     

深部矿井分源立体防冲击地压技术实践

以孟村煤矿401102工作面为例,通过综合分析得出401102工作面主要有煤层强冲击倾向性、埋藏深、推采过地质构造及煤层上方赋存多层硬厚砂岩等4个冲击地压主控因素,其中回采期间坚硬顶板破断产生的动载极易诱发冲击地压。通过对工作面动、静载分级防控,煤岩层立体防治,采取煤层爆破、大直径卸压、顶板爆破预裂、地面水平井分段压裂等措施,大幅度降低了工作面冲击危险性,对相似地质条件下深部冲击地压矿井防冲工作具有一定的借鉴意义。     

基于震波CT探测的工作面冲击危险性评价及防治

为了提高工作面冲击地压防治效率,鉴于集中静载荷在冲击启动过程中的基础作用,以陕西某矿为工程背景,采用震波CT对工作面开展集中静载荷原位探测和冲击危险性评价,划分冲击危险区域,制定针对性防治方案。结果表明,煤层强冲击倾向性、开采深度大、上方厚硬顶板以及相邻工作面采空区顶板悬而不垮使工作面冲击危险性升高;工作面探测区域内煤层总体处于中等冲击危险等级,并准确划分了冲击危险区域。采用顶板爆破、煤层帮部及底板大直径钻孔卸压技术,切断力源,转移应力,由原来的“防治全巷道”转变为“防治重点危险区域”,提高冲击地压防治效率,得以保障工作面的安全回采。     

双巷布置工作面外围巷道冲击地压启动机理

以山西某高瓦斯双巷布置工作面外围巷道冲击地压案例为研究背景,采用理论分析、现场实测等方法,建立了侧向采空区顶板断裂诱发时滞性冲击启动力学模型,揭示了冲击启动原理,并发现了褶曲导致动载型冲击地压发生的案例。结果表明:工作面开采后,外U留巷煤柱因采空区顶板侧向回转,产生偏移的弹性核;进风平巷通过背斜轴部带,因水平构造应力导致顶板垮断极度滞后,其断裂产生的动载源加载并扰动煤柱弹性核静载致其突破极限诱发时滞性冲击启动;静载荷积聚的弹性核在外U留巷煤柱中普遍存在,不足以诱发静载荷型冲击,背斜轴部顶板滞后垮断提供了动载荷源,因此判断其冲击类型为集中动载荷型,后期防治应针对动、静载荷源同时采取解危措施。     

坚硬顶板工作面高静载型冲击地压防治研究

为研究坚硬顶板综放工作面冲击地压的主控因素和防治技术,采用微震监测系统和冲击地压应力监测系统通过分源监测分析,研究了工作面冲击地压发生的主控因素,并针对主控因素开展了防冲击地压实践。结果表明:冲击地压主控因素为高静载、强矿震和低支护强度。实体煤侧静载为30.16～84.48 MPa、煤柱静载为27.84～41.04 MPa,易达到发生冲击地压临界载荷;顶板破断前后,常引起高能事件的发生,以动载的形式作用,加剧煤体的应力集中;多因素使得发生冲击显现的巷道变形区域的支护强度比较低。开展了现场控制实践,煤体卸压分阶段多轮动态卸压,对顶板进行深孔预裂爆破,采用锚索梁加强支护,措施实施后大能量矿震发生时,提高了巷道抵抗冲击能力,降低了矿震诱发巷道变形的频次和强度。     

唐口煤矿冲击地压主控因素分析及防护措施

为分析唐口煤矿冲击地压发生的主控因素,以唐口煤矿6304工作面为研究对象,对冲击地压发生集中静载与集中动载进行了分析。研究表明:唐口矿冲击地压发生的主控因素为大采深及构造运动造成的煤体内积聚的高应力和受回采影响产生的顶板运动。针对煤体内的集中动静载荷影响因素,提出采用煤层注水和钻孔卸压的方法进行处理。     

薄煤层动静组合诱发冲击地压的机制

理论分析了动静组合诱发冲击地压的应力条件和能量转化过程,揭示了动静组合诱发冲击地压机制,数值计算分析了工作面应力分布特征与煤厚之间的关系,采用微震监测数据分析了卸压爆破产生的应力波传播规律,并分析研究了薄煤层动静载特征及诱发冲击地压过程。结果表明:薄煤层工作面应力集中程度较厚煤层高,峰值应力区距离煤壁较近,应力梯度较大;采动动载直接与高应力叠加,且开采导致的应力降以及单位体积煤体释放的弹性变形能远高于厚煤层,在动静组合作用下,薄煤层工作面易于达到动静组合诱发冲击地压的应力和能量条件,显著符合动静组合诱冲机制。最后基于动静载组合诱发薄煤层冲击地压的机制,探讨了薄煤层冲击地压防治原则和技术方法。     

冲击地压工作面瓦斯异常涌出原因分析及防治技术

针对冲击地压工作面瓦斯异常涌出问题,在统计分析多个冲击地压工作面瓦斯涌出异常诱发因素基础上,研究了冲击地压工作面瓦斯异常涌出原因分析及防治技术。分析结果表明:冲击地压工作面瓦斯异常涌出影响因素主要有煤岩固有冲击属性、瓦斯含量（压力）、开采深度、坚硬顶板、地质构造、开采技术条件等。冲击地压工作面异常涌出防治技术是在开采过程中实施钻孔卸压、顶板预裂爆破、煤层注水、深孔爆破、瓦斯抽采、强化支护、综合监控监测及安全防护等措施,降低冲击地压及伴生瓦斯异常涌出危险。研究结果在宽沟煤矿I010202工作面实施应用,取得了良好的效果,确保了工作面的安全回采。     

特厚煤层综放工作面冲击地压危险性评价研究

耿村煤矿12220工作面埋深大,临近采空区,煤层结构复杂,顶板具有坚硬巨厚砾岩,煤层具有中等冲击倾向性。因此,工作面在掘进及回采过程中存在发生冲击地压的可能。为较为准确和定量地评价工作面的冲击地压危险性,运用综合指数法、可能性指数法和冲击倾向性评价法等对工作面冲击地压危险性进行评价;并对工作面冲击地压危险区域进行划分和危险等级的确定,为工作面掘进及开采期间制定防治技术提供了依据。     

厚硬顶板宽煤柱临空巷道冲击地压防治技术研究

为研究厚硬顶板宽煤柱临空巷道冲击地压致灾机理,以彬长矿区文家坡矿4104工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,研究分析了两次回采扰动下宽煤柱垂直压力分布状态及覆岩活动规律,得出了该矿工作面集中动、静载荷的演化机制及冲击地压致灾机理。针对4104工作面临空巷道44.5m宽煤柱及顶板以上20m处厚硬砂岩岩层,设计了基于帮部煤体爆破卸压及顶板深孔爆破预裂卸压的动静载荷分源治理补强方案,通过微震监测结果分析,相比措施调整前临空巷道围岩活动性降低了95%,防治效果显著。     

桃山煤矿薄煤层开采冲击地压预测与防治技术

为防治桃山煤矿薄煤层开采过程中的冲击地压灾害,在统计已发生冲击地压事件基础上,对其发生特征及影响因素进行了分析,提出了电磁辐射法预测和深孔爆破、顶板注水治理冲击地压的防治技术.结果表明:桃山煤矿冲击地压多发的回采工作面上部和工作面上巷前方区域;工作面顶板及采空区大面积悬顶的断裂失稳,是冲击地压发生的主要原因;深孔爆破和顶板注水措施能降低或消除工作面冲击地压危险;电磁辐射法能有效预测冲击地压危险和检验爆破措施对冲击地压的解危效果.     

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。