特厚煤层分层工作面冲击地压事故后复产方案研究与实践

在分析黑龙江峻德煤矿特厚煤层分层工作面重大冲击地压事故的基础上,研究得到事故发生的原因和相应的治理对策,制定了恢复生产的方案。提出了分层开采工作面恢复生产需满足的条件为：工作面和巷道围岩始终处于低应力低密度状态、消除底板(底煤和薄底板)冲击隐患、建立可靠支护、建立有效的实时监测体系和确定合理的开采强度。以煤层大直径钻孔为主实现围岩的低应力和低密度;提出了冲击危险巷道的基本支护、超前支护方式和强度;建立了应力实时在线监测为主、微地震监测为辅、多种监测手段联合的冲击地压实时监测预警体系;基于应力动态和微震监测确定工作面合理的开采强度。根据研究成果制定的恢复生产方案在峻德煤矿三水平北17层一段一分层3·15事故工作面实施后,保证了工作面安全恢复生产。     

急倾斜特厚煤层工作面非对称冲击矿压机理

针对急倾斜特厚煤层水平分段综放开采工作面冲击矿压灾害,以窑街三矿为工程背景,采用离散元数值模拟(UDEC),研究了急倾斜特厚煤层水平分段开采顶板破断及结构演化规律,再现了矿震作用下工作面非对称冲击矿压孕育和发生过程;理论分析了工作面底煤应力非对称分布特征;基于动静载叠加原理揭示了工作面非对称冲击矿压发生机理;最后提出了防治对策。研究结果表明：急倾斜特厚煤层水平分段综放开采工作面在顶底板非对称错峰支承压力作用下,煤体受载特征沿倾向呈现分区差异性：顶板侧挤压、中部剪切、底板侧拉-剪。工作面底煤中形成浅部汤匙状卸压区和深部非对称应力集中区,顶板侧煤体垂直应力峰值和剪切应力峰值均为底板侧的5倍。进入深部开采后,工作面悬顶长度增大,同时采空区内关键岩块发生回转、滑移和倾倒的可能性增加,导致矿震强度增大。当动载应力与工作面底煤应力集中区中的静载应力叠加大于“煤体+液压支架”系统的极限应力时,发生急倾斜特厚煤层水平分段综放开采工作面非对称冲击矿压。研究结果与现场实测相吻合。     

巨厚砾岩与逆冲断层控制型特厚煤层冲击地压机理分析

以某典型冲击地压事故为背景,通过理论研究和现场勘查,研究了巨厚砾岩与逆冲断层控制下特厚煤层工作面冲击地压致灾机理和防治方法。通过对地层结构与开采形成覆岩空间结构的研究,建立了侧向静态支承压力估算模型,得到了21221工作面上覆岩层空间结构与应力分布规律;估算了巨厚砾岩传递应力、自重应力与F16逆冲断层及相变带构造应力的叠加总应力,该应力超过了该矿的临界冲击应力;特厚煤层在叠加应力作用下发生塑性滑移,逐渐形成滑移线场,并产生塑性膨胀,导致巷道围岩应力增加,在外部扰动应力作用下,煤体发生瞬间大范围滑移是发生冲击地压的主要原因。针对这类冲击地压的致灾机理,通过合理设计巷道平面位置以避开传递应力峰值区域、采用半煤岩巷道以减小滑移线场范围和合理设计煤层大直径卸压孔参数以改变煤体滑移方向等措施,有效治理了该类冲击地压。     

3_上煤1301工作面冲击危险性评价及防治对策

随着煤矿开采深度的加大,冲击地压逐渐成为煤矿开采中发生的主要灾害之一。以高煤公司3_上煤1301回采工作面冲击危险性评价为例,采用基于应力叠加的工作面冲击危险综合评价方法,结果表明,该方法能够量化反映3_上煤1301工作面冲击危险性程度随着工作面走向长度变化而变化,评价结果与回采工作面冲击地压实际发生情况相符。     

深井强冲击煤层解放层开采防治冲击地压研究

某矿4煤采掘时多次发生冲击地压针对该矿实际地质条件,采用数值模拟方法分析上、下解放层开采对4煤被解放层的解放效果及1410工作面上平巷发生冲击地压原因。研究6煤和1煤解放层不同开采时期的应力分布特征,确定4煤被解放层上下部临界卸压角和临界卸压点位置及被解放层回采工作面超前临界卸压范围,为后续4煤工作面开拓开采巷道布置参数优化提供依据。     

急倾斜特厚煤层多分层同采巷道冲击地压成因及控制技术研究

以甘肃华亭煤矿601,602回采工作面冲击地压回采巷道为研究背景,通过现场原岩应力场测量以及上覆围岩结构的力学分析,确定冲击地压发生的力源主要是向斜构造应力场与多分层同采导致的叠加应力场形成的复合应力场,上覆岩层"悬臂梁"结构失稳导致的冲击载荷是诱发冲击地压发生的结构性动力因素;基于此,提出以"错峰调压+爆破切顶+强力支护"为核心的急倾斜特厚煤层分层同采巷道冲击地压控制技术,通过错峰调压来降低回采巷道围岩煤岩体受超强采动影响造成的应力集中程度,爆破切顶控制上覆岩层"悬臂梁"结构的形态,强力支护使回采巷道围岩煤岩体与支护材料形成具有"高强度、强让压、整体性"支护体系。最后确定华亭煤矿同采工作面不宜超过2个,回采工作面间的错距不得小于500 m;在602工作面回风巷道布置钻孔应力计对爆破效果进行检验,结果表明巷道围岩煤岩体内部的集中应力在措施后呈阶段性降低的趋势,从而认为该控制技术可有效防止急倾斜特厚煤层分层同采导致的冲击地压灾害的发生。     

郓城煤矿冲击地压与载荷三带关系研究

以郓城煤矿冲击地压事故为背景,研究了郓城煤矿1300工作面泄水巷冲击地压的致灾机理及防治方法。通过引入"载荷三带"覆岩结构模型,分析了郓城煤矿一采区上覆岩层空间结构及其运动规律,结合微震系统监测结果,验证了工作面回采期间载荷三带岩层的运动及加载特性。建立了"载荷三带"侧向支承压力估算模型,得到了1300工作面侧向支承压力分布规律,估算了工作面回采期间泄水巷煤岩体承受自重应力、构造应力和侧向支承应力的叠加总应力,该应力超过了该矿的临界冲击应力,判断郓城煤矿冲击地压是高地应力和构造应力作用下,厚层坚硬顶板长期运动发生应力积聚从而导致冲击。通过合理设计巷道平面位置避开侧向应力峰值区域、采用适当降低推采速度和合理设计煤层大直径卸压孔参数等措施,可以有效治理该类冲击地压。     

倾斜煤层综放回采工作面冲击危险性研究

以峻德煤矿17#煤层回采期间冲击地压显现频发为工程背景，并结合“11.14”冲击地压事故对峻德煤矿三水平北17#煤层三四区二段工作面冲击危险性进行了深入研究。结果表明：“11.14”冲击地压事故发生前3d，存在矿震能量小幅度“升—降”的波动变化过程|冲击发生前能量密度云核心区已经开始显现，且核心区显现位置坐落于工作面上侧|数值模拟和理论分析结果验证了工作面回风巷超前段因应力叠加容易形成高集中静载荷，在回采引起的动载扰动作用下，最终发生了冲击地压事故。研究结果可以为倾斜煤层工作面后续回采阶段卸压防冲预防工作提供一定的借鉴。     

顶分层终采线自然发火防治实践

底分层放顶煤工作面开采期间，顶分层工作面终采线采取采空区注MEA，对巷道进行喷浆、注罗克休堵漏等预防措施，杜绝了自然发火事故发生，保证了工作面安全生产。     

近距离煤层群开采条件下的冲击危险性数值分析

以某冲击地压煤矿的近距离煤层群开采为研究对象,利用FLAC3D数值分析软件,对该矿布置在M4-5煤层和M9-10煤层中回采工作面进行了数值模拟。在此基础上,分析了工作面围岩应力状态及塑性区分布,认为M4-5煤层和M9-10煤层的开采破坏了上覆岩层的完整性,对顶底板岩层造成了大范围破坏,减弱了岩层强度,降低了下部煤层开采时岩层积聚能量的能力。因此,M4-5煤层和M9-10煤层的开采起到一定的保护层开采作用。但是值得注意的是,在边界煤柱、停采线煤柱及未布置在上层采空区下方的工作面回采煤柱等区域,受高强度开采的叠加影响,使得这些区域易产生较高的集中应力,存在一定的冲击危险性。     

上覆煤层开采后下伏煤层卸压机理分析

以开滦唐山矿Y485工作面受上覆5#煤层采空影响为背景,基于关键层理论,采用数值模拟和现场实测研究了上覆煤层开采后下伏煤层的卸压机理。结果表明:覆岩中往往存在多层关键层,会对工作面支承压力产生影响。卸压开采后上覆关键层发生破断,下伏煤层工作面回采时仅在层间关键层的影响下支承压力的影响范围和峰值显著降低。唐山矿上覆5#煤层工作面回采后,仅在层间关键层的影响下,下伏9#煤层Y485工作面超前支承压力影响范围由73 m减小至38 m,超前支承压力峰值与工作面煤壁的距离由29 m减小至20.5 m。当两煤层间存在厚硬关键层时,开采上覆煤层对下伏煤层进行卸压时,下煤层工作面支承压力峰值的最大值是无关键层时的2.34倍,下煤层回采时仍产生了显著的应力集中。     

近水平煤层矿井主要大巷全煤布置方案选择

对我国目前矿井设计和开发广泛采用的近水煤层矿井主要大巷全煤布置方式进行了归纳、分析、比选,得出走向长壁与倾斜长壁不同开采系统较优的主要巷道布置方案结论.采用近水煤层矿井主要大巷全煤布置方式,能够大大减少岩石掘进工程,简化矿井巷道网络系统,缩短建井工期,提高劳动生产率,降低矿建投资.     

煌斑岩侵入对煤层赋存规律的影响分析

根据对矿井地质资料分析,借助实验室扫描电镜（SEM）分析煤系地层煤岩形貌结构,研究了岩浆侵入机制,总结出了煌斑岩侵入对煤层、煤质及瓦斯的赋存规律的影响.     

近距煤层群下部煤层回采巷道布置研究

近距煤层群开采工作面间易相互作用,下部采场围岩力学环境复杂,巷道布置要求高,合理布置回采巷道是下部煤层高效开采的关键。为解决下部煤层回采巷道布置难题,综合采用现场实测、数值计算、理论分析等手段,对下部煤层回采巷道松动圈范围、巷道布置影响因素、巷道布置参数等进行研究,研究结果表明:近距煤层群下部回采巷道布置的主要影响因素为上部采场残余煤柱承载、上部采空区水及同煤层采动作用;残余煤柱承载形态呈现为马鞍状,煤柱承载会向底板岩层转移,并于煤柱附近底板岩层中发生应力集中,应力强度与距煤柱距离呈负相关性;下部煤层同煤层临近采场采动促使拟布置巷道围岩承压整体呈现出"升高-降低-升高-降低"的分布特征,且上下采场采动作用易叠加;近距下部煤层回采巷道布置的关键是兼顾上、下煤层采动影响,合理设计工作面间煤柱宽度。     

煤层瓦斯与煤层厚度及其变化关系的测试

根据某煤矿瓦斯涌出量的测试结果，定量探讨了瓦斯涌出量与煤层厚度及其变化之间的关系。结果表明，随着煤层厚度及其变化的增大，煤层瓦斯涌出量反而减少。究其原因，主要是邻近煤层瓦斯大量涌出；另外，煤层瓦斯涌出量除了与煤层厚度及其变化有关外，还受到其它许多地质条件的影响。     

邢东矿井4.5m厚煤层一次采全高技术

介绍了邢东矿井1124工作面采用4.5m高架一次采全高技术及高架采煤的管理工作。     

近距离煤层群保护层开采瓦斯治理技术

山脚树煤矿开采煤层属近距离煤层群,按煤层的上下顺序逐层开采,上部煤层开采后,使相邻下部煤层的瓦斯得到部分释放,尽管各煤层的瓦斯含量差异较大,但作为保护层开采结束后,其他煤层在实际生产中瓦斯涌出量的差异变小,而保护层开采是瓦斯治理工作的重点和难点.论文分析了山脚树煤矿21106回采工作面瓦斯来源,提出了相应的瓦斯治理措施,取得了较好的效果,保障了矿井的安全高效生产.     

急倾斜多煤层上保护层保护范围的数值模拟

针对急倾斜煤层上保护层俯伪斜开采的保护范围划定问题,采用三维快速拉格朗日法,通过模拟上保护层俯伪斜开采后被保护层的应力场及变形场的动态发展过程,确定了随着上保护层工作面的推进,被保护层的垂直层理面应力和煤层变形规律;根据上保护层开采后的应力卸压保护准则和煤层变形保护准则,确定了上保护层沿走向和倾向的保护范围.研究表明,急倾斜煤层俯伪斜上保护层开采后,上保护层俯伪斜采煤法沿倾向上、下边界的卸压角分别为81.5和74°;沿走向的卸压角在倾向上呈非均匀分布,大小为30～52°,伪倾斜工作面中部的走向卸压角最大,为52°.数值模拟结果与现场考察结果比较接近.     

浅析煤层底板灰岩水对煤层开采的威胁

通过对断层、裂隙、完整底板破坏引起突水的类型、特征进行研究,并对隔水层的阻水作用进行分析。结果表明:断层、裂隙结构面是承压水从煤层底板突出的薄弱面,这些构造带破坏了岩体本身的完整性,易形成导水通道;构造带的特性对煤层底板突水起着控制作用。隔水层由于强度、厚度、裂隙等原因,也不能完全降低煤层底板灰岩水对煤层开采的威胁。在煤层开采时,煤层底板灰岩水对煤层开采的威胁要引起足够重视。     

近距离保护层开采瓦斯运移规律

为了防止在近距离上保护层开采过程中,大量被保护层瓦斯涌入保护层,对近距离保护层开采后瓦斯分布规律及瓦斯运移规律进行了研究,研究发现,近距离保护层开采使被保护层充分卸压,可有效消突;保护层开采工作面瓦斯涌出总量的85%以上来自被保护层的卸压、解吸瓦斯,且主要汇集于上隅角及其附近一定空间范围内,并不断溢出.当其绝对量超过20m3/min时,必须采取综合治理手段才能实现安全高效生产.