沿空掘巷小煤柱破坏规律及合理宽度的确定

为了防止煤柱冲击矿压的现象,提高回采率,采用力学计算得出了合理的小煤柱宽度,并通过数值模拟,分析了沿空掘巷上区段工作面煤体内应力变化,以及小煤柱煤巷变形破坏规律,最终确定出合理的小煤柱宽度并应用于工程实践。     

基于冲击地压-矿震协同控制的隔离煤柱合理宽度研究

针对陕蒙地区深部矿区工作面隔离煤柱宽度设计不合理导致冲击地压和矿震频发的现状,采用案例调研、理论分析和现场监测等方法,对隔离煤柱区冲击地压和矿震的发生机理及隔离煤柱合理宽度进行了研究。以近年来陕蒙深部矿区工作面在隔离煤柱区发生的3起典型冲击地压和矿震事件为工程背景,根据动力显现特征和诱发机理不同,将其分为煤柱局部破坏型冲击地压、煤柱整体失稳型冲击地压和煤柱区厚硬砂岩组破断型矿震3类。分别建立了采空区侧向支承压力估算模型、采空区转移应力估算模型、煤柱承载应力估算模型和关键层挠度弯曲变形力学模型,揭示了不同宽度隔离煤柱诱发局部冲击、整体冲击和矿震的机理。研究结果表明:2101工作面和2201工作面间隔离煤柱不发生局部冲击的宽度为5～6 m或不小于128 m;不发整体冲击失稳的宽度为不小于138 m;不发生矿震的宽度为498 m。在此基础上探讨了不同宽度隔离煤柱对冲击地压和矿震的影响,提出了基于冲击地压-矿震协同控制的合理隔离煤柱宽度设计方法,以期为陕蒙深部矿区相似条件工作面隔离煤柱宽度设计提供参考。     

浅埋煤层开采水库周边保护煤柱合理留设研究

针对神南矿区张家峁煤矿常家沟水库周边5-2煤层大规模开采现状,在考虑保护煤柱稳定性影响因素的基础上,将保护煤柱从防隔水功能上沿宽度方向划分为矿压影响区和有效隔水区,分别对矿压影响区宽度和有效隔水区宽度进行了理论分析,推导出相应的计算公式。计算得出张家峁煤矿常家沟水库周边5-2煤层开采保护煤柱合理宽度为77m。     

张家峁煤矿水库周边开采保护煤柱合理留设研究

针对神南矿区张家峁煤矿常家沟水库周边4-2煤层大规模开采现状,将保护煤柱从防隔水功能上沿宽度方向划分为矿压影响区和有效隔水区。分别对矿压影响区宽度和有效隔水区宽度进行现场实测和理论计算,得出张家峁煤矿常家沟水库周边4-2煤层开采保护煤柱合理宽度为25 m。     

冲击倾向性围岩沿空掘巷防冲控制原理及应用

针对冲击倾向性围岩条件下沿空掘巷的防冲及稳定性控制问题,从应力控制和支护系统设计两方面入手,在分析巷道诱冲因素和变形特征的基础上,提出了冲击倾向性围岩沿空掘巷的防冲控制原理.即合理设计窄煤柱宽度有效降低围岩应力,人为制造软弱夹层释放围岩应力、吸收冲击能,高性能锚杆支护技术体系强化围岩支护小结构强度.现场实践表明,综合采用上述3方面技术措施后,可实现对冲击倾向性围岩条件下沿空掘巷的有效控制,工作面准备及回采期间没有冲击矿压发生,巷道变形满足安全生产要求.     

平朔井工三矿区段煤柱宽度优化研究

区段煤柱的留设宽度是影响回采巷道围岩稳定性的重要因素,平朔井工三矿工作面区段煤柱宽度一直采用经验值20m,为优化区段煤柱宽度,提高资源采出率,采用现场实测、理论计算和数值模拟方法对平朔井工三矿合理区段煤柱宽度进行了研究。煤柱应力实测表明：井工三矿9104与9105工作面间20m煤柱宽度有一定的富裕量,根据极限平衡理论计算与数值模拟结果,平朔井工三矿区段煤柱合理宽度应大于12m。     

孤岛工作面不同宽度煤柱防治冲击地压分析

随着煤矿开采机械化程度的提高,矿井产量和开采深度不断加大,近年来相继出现了采区孤岛工作面现象。由于孤岛工作面两侧已采空,工作面及其周围巷道、煤柱附近应力集中程度较高,顶板覆岩运动剧烈,再加上工作面地质构造的影响,采深较大时,冲击危险程度就很高,易引发煤柱型冲击矿压。利用FLAC4.0数值模拟软件模拟了不同宽度煤柱条件下,工作面围岩应力分布及变化规律,模拟分析确定了某矿孤岛工作面合理的煤柱宽度为5m。合理的煤柱宽度,既有利于提高煤炭回收率,减少巷道压力,也有利于预防煤柱型冲击矿压的发生。     

孤岛工作面区段煤柱留设及支护参数优化

禾草沟煤矿50113工作面是501盘区东翼两侧跳采所形成的孤岛工作面。煤岩体应力集中,上覆岩层存在多层厚硬砂岩顶板关键层。该工作面受顶板破断、顶板自重及煤柱宽度留设不当等影响可能发生冲击动力现象。针对50113孤岛工作面可能存在的冲击危险,采用数值模拟、理论分析以及现场实践确定合理的煤柱留设宽度,降低孤岛开采应力集中程度;同时对巷道支护参数的防冲能力进行验算,根据验算结果制定合理的巷道加固方案,确保巷道支护强度满足防冲能力;通过留设合理煤柱宽度、加固支护强化巷道防冲能力,有效降低工作面冲击危险程度,保证工作面的安全开采。     

沿空掘巷窄煤柱合理宽度确定

针对202综放面地质条件,运用理论计算和数值模拟分析的方法初步确定窄煤柱合理宽度为5 m,通过现场矿压实测分析表明,煤柱宽度为5m是合理的,为天池煤矿综放沿空掘巷窄煤柱宽度合理留设提供了可靠依据,并为类似条件下窄煤柱合理宽度留设提供了借鉴。     

巨厚砾岩下开采上保护层防冲原理数值模拟分析

针对受巨厚砾岩影响的冲击危险矿井跃进矿25110面下巷和煤柱处多次发生冲击矿压的现象,将25110面上部1-2#煤层作为保护层,运用数值模拟的方法,对开采不同范围的保护层后应力控制防冲原理及防冲效果进行分析研究。研究结果表明,开采保护层的范围与卸压范围、煤层厚度变化成正比,与卸压效果成反比。     

特厚煤层综放工作面防冲煤柱宽度优化

为研究强冲击倾向性特厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度，对华亭煤矿250102工作面频发的冲击地压现象进行分析，发现250102工作面20m区段煤柱内存在着极易诱发冲击地压的应力条件，具有典型的煤柱型冲击地压特征。采用数值模拟和理论计算的方法对2501采区工作面区段煤柱合理宽度进行模拟计算。研究表明：当煤柱宽度为5m时，应力集中系数最低，为1.14，冲击危险程度较低|当煤柱宽度为20m时，应力集中系数达到最高，为3.40，冲击危险程度达到最大|当煤柱宽度为25m以上时，应力曲线由单峰转化为双峰，煤柱由小煤柱的屈服阶段进入到大煤柱的承载阶段，冲击危险程度在不断降低|理论计算得出适合2501采区工作面区段煤柱宽度为5.64m，与数值模拟结果较为吻合。2501采区后续工作面均采用6m宽的区段煤柱，经实践验证，该宽度的区段煤柱对华亭煤矿冲击地压的防治效果较好。     

非对称开采时矿柱岩爆的准则与前兆

本文建立了非对称开来时矿柱岩爆问题的简化力学模型，用计算机符号运算求出了模型的理论解。在此基础上讨论了岩爆准则与前兆，并进一步讨论了岩爆发展过程与前兆规律。文献[1]、[2]、[3]及本文的工作表明，各种条件下的矿柱岩爆问题都具有非恒定变形速率的特点，因此顶板下沉速率趋于无穷作为矿技岩爆前兆具有普遍性。     

圆形硐室岩爆的震级预测

应用损伤力学和极值点失稳理论对圆形硐室岩爆进行了解析分析,在此基础上采用地震震级与地震波释放能量的关系,对圆形硐室岩爆震级预测方法进行了探讨。圆形硐室岩爆震级与采深、圆形硐室半径及岩性等影响因素有关,随采深、圆形硐室半径、岩石抗压强度及E/λ增加而增大,与实际观测的结果基本相符。所提出的岩爆震级的预测方法可以推广应用于煤柱和采场冲击矿压最大震级的预测。     

冲击地压矿井采区下山保护煤柱合理宽度研究

留设合理宽度的采区下山保护煤柱是防范采区下山发生冲击地压的关键。为探讨冲击地压矿井采区下山保护煤柱宽度的确定方法,以李楼煤矿采区下山保护煤柱合理的宽度确定为工程背景,运用矿压理论研究了工作面向采区下山推采过程中覆岩运动规律、支承压力演化特征、冲击地压类型及其发生机制,分析了现场工作面推采过程中的微震监测数据和应力动态监测数据,综合确定了李楼煤矿工作面采动影响范围,提出了以防范各类冲击地压为原则的采区下山保护煤柱宽度的综合确定方法,并进行了工程验证。结果表明:①随着工作面向采区下山推进,采区下山保护煤柱宽度逐渐减小,工作面超前支承压力与采区下山侧向支承压力及两翼工作面超前支承压力将发生叠加、集中,震动附加应力与采区下山侧向支承压力叠加程度逐渐增大;②采区下山可能发生静动载叠加型、应力叠加型和蠕变型等3类冲击地压;③工作面超前、滞后采动影响距离为235 m,侧向采动影响距离为105.5 m;④从防范采区下山动静载叠加型、应力叠加型和延后蠕变型冲击地压的角度,综合确定李楼煤矿采区下山一侧保护煤柱宽度应不小于235 m。回采后期现场监测结果与收尾情况初步验证了当前李楼煤矿采区下山一侧保护煤柱240 m的合理性。     

综放采场外错布置区段巷道减冲机理与关键技术

针对宽、窄、无煤柱区段巷道防冲存在的问题,提出了沿空巷道外错合理位态减冲设计方法。通过建立覆岩结构模型、底板梁-柱模型,结合现场实测等,分析“应力场特征-减冲”关系、“卸压保护空间尺度-减冲”关系,揭示了外错布置减冲机理。研究成果在华丰煤矿埋深超千米综放采场实施,确定了外错布置沿空区段巷道的合理位态,同步构建了兼顾顶板治理、支护结构减冲、易发火控制、高效掘进及开采、合理验证与预警的系统关键技术,解决了以往沿空巷道防冲难度大、变形大难以控制、难以实现无煤柱开采等相关工程问题。     

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。     

遗留煤柱影响区域微震活动规律研究

 摘要：遗留煤柱影响区域易形成应力叠加,煤柱下方工作面冲击危险性较正常回采期间一般有所升高。基于SOS微震监测系统监测桃山煤矿工作面通过煤柱影响区域的微震活动,分析了微震空间分布规律,能量、频次变化规律以及震动信号频谱特征。研究结果表明：（1）工作面过煤柱影响区域,震动能量、频次均有显著提高,强矿震发生在微震活动持续增强或急剧下降阶段;（2）冲击矿压主震信号较前兆信号有主频低,振幅大,速度快,衰减慢等特征。研究成果为评价煤柱影响区域冲击矿压危险性提供依据,具有一定的理论意义与实用价值。     

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。     

狭窄煤柱岩爆的影响因素分析

将顶板视为中点有支承的弹性固结梁,将煤柱视为支座,形成了顶板-煤柱系统。在煤岩体本构关系中考虑应变梯度的影响,得到了煤柱的失稳判据,进而分析了煤柱岩爆的影响因素。分析表明,顶板的跨径、顶板的抗弯刚度、煤柱的尺寸、煤柱的脆性、煤岩材料的均匀性和矿物颗粒的大小是煤柱岩爆的重要影响因素。     

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。