冲击矿压的强度弱化减冲理论及其应用

本项目为国家自然科学基金资助项目(50490273，50474068，50074030)，教育部博士点基金资助项目(20030290017)资助。冲击矿压实质是煤岩体能量积聚与释放的过程，当煤岩体中所积聚的弹性应变能达到其极限冲击能时，就可能发生冲击矿压。根据冲击矿压强度弱化减冲理论，采取松散煤岩体的方式降低煤岩体的强度和冲击倾向性，使得应力高峰区向岩体深部转移，煤岩体中所积聚的弹性应交能就达不到最小冲击能，从而防止冲击矿压的发生。强度弱化减冲理论在三河尖矿的生产实践中得到了有效的运用。     

冲击矿压的强度弱化减冲理论及其应用（续）

本项目为国家自然科学基金资助项目（50490273，50474068，50074030），教育部博士点基金资助项目（20030290017）资助。冲击矿压实质是煤岩体能量积聚与释放的过程，当煤岩体中所积聚的弹性应变能达到其极限冲击能时，就可能发生冲击矿压。根据冲击矿压强度弱化减冲理论，采取松散煤岩体的方式降低煤岩体的强度和冲击倾向性，使得应力高峰区向岩体深部转移，煤岩体中所积聚的弹性应变能就达不到最小冲击能，从而防止冲击矿压的发生。强度弱化减冲理论在三河尖矿的生产实践中得到了有效的运用。     

坚硬顶板卸压爆破对冲击矿压防治的数值分析

理论分析和实践都表明了深孔卸压爆破可以改变煤岩体中应力分布，大量释放坚硬顶板和煤岩体中所积聚的弹性能，可以有效地避免冲击矿压的发生或者降低冲击矿压的力度。本文以现有资料为基础，对顶板爆破进行系统的、有效的数值模拟分析，并结合电磁辐射进行现场监测，可以较为准确的验证卸压爆破效果，以确定合理的爆破参数。     

冲击矿压的强度弱化减冲理论及其应用

提出冲击矿压的强度弱化减冲理论，即采取松散煤岩体，降低强度和冲击倾向性，使得应力高峰区向岩体深部转移，并降低应力集中程度，使发生冲击矿压的强度降低，使得煤岩体中所积聚的弹性应变能达不到最小冲击能，从而防治冲击矿压的发生.强度弱化减冲理论在三河尖矿的生产实践中得到了有效的验证.     

电磁辐射在冲击矿压预测方面的应用

煤矿开采过程中,在高应力状态下积聚了大量弹性能的煤或岩体,在一定条件下能量突然释放的动力现象称煤矿动压现象。冲击矿压是煤矿动压现象的主要形式,弹性能量突然释放,在井巷发生爆炸性事故,产生的动力将煤岩抛向巷道,同时发生强烈声响,造成煤岩体振动和煤岩体破坏,支架与设备损坏,人员伤亡,部分巷道垮落破坏等。     

矿震前兆分区监测方法及应用

根据岩土介质冲击震动能量衰减规律,确定了冲击震动破坏的最大动力响应范围,提出了矿震前兆分区监测方法,采用编程工具VB对CAD的二次开发,实现了矿震监测结果在矿图上的合成和分区统计处理.以古城煤矿2次冲击矿压前矿震信号为研究对象,分区分析和利用这些前兆信息,结果表明：在冲击矿压发生前,矿井矿震活动活跃,矿震总能量、矿震最大能量和矿震频次均较高;冲击矿压发生后,由于释放了煤岩体中积聚的大量弹性能,矿震能量和矿震次数迅速降低.矿震分区监测冲击矿压方法快速准确地反映出采掘区域矿震变化趋势,以便对冲击危险进行预测并及时采取解危措施.     

电磁辐射预测预报冲击矿压

冲击矿压的发生主要是能量积聚,然后突然释放的结果。在冲击发生过程中,有应力的集中、煤岩体的变形破坏。而煤岩体变形破坏过程中,会产生电磁辐射现象。因此,可采用电磁辐射法来预报冲击矿压。研究表明,煤岩体中应力值不同、煤岩体破坏程度的不同,电磁辐射也不会相同。电磁辐射现象与煤岩应力、变形破坏以及冲击矿压存在电磁耦合规律。以电磁耦合规律为基础,通过观测煤岩体的电磁辐射参数,如幅值、脉冲数等,从而可以确定冲击矿压的危险状态,达到预报冲击矿压的效果。     

孤岛煤柱冲击矿压危险性分析

运用FLAC3D建立孤岛煤柱模型,通过FISH语言编程获得煤岩体弹性应变能密度,研究了孤岛煤柱围岩弹性应变能密度的积聚与分布特征,并建立冲击矿压危险性的能量密度判据,分析了在工作面埋深、顶底板弹模、煤柱宽度等相关因素的影响下,煤岩体弹性应变能密度和能量密度因子的变化规律。     

剪切带引发冲击矿压的分析

通过对某煤矿高冲击危险工作面开采过程的三维数值模拟,揭示了近距离煤层下部煤层在煤柱的影响下,在有冲击危险的区域,变形局部化剪切带与高压应力共同作用于煤岩体上,在变化的剪应力作用下,脆性岩体容易发生剪切破坏,并在瞬间释放弹性能,形成冲击矿压。     

煤层硬度与厚度对冲击矿压影响的数值模拟

在坚硬顶板和底板的“两硬”条件下，对不同煤层厚度和硬度对煤岩体中的垂直应力分布的影响，也即反映了对煤岩体中发生冲击矿压危险性的影响进行了模拟．通过组合煤岩试样的试验结果验证了数值模拟的正确性，根据煤岩体相互作用的理论分析了其原因．在“两硬”条件下，煤层厚度与硬度的变化对煤体中的应力分布有着很大的影响，从而对煤岩体系统中冲击矿压的发生有着很大的影响．随着煤层厚度的减小，在煤岩体中产生的应力集中将增大；随着煤层硬度的增加，煤岩体中的最大垂直应力也将增大，从而也增加了冲击危险性．     

电磁辐射测定深部煤岩动力倾向性临界值

针对平煤十一矿己二采区煤岩动力倾向性进行了实验研究，测定出煤层的动态破坏时间TD、弹性能指数WET和冲击能指数KS，确定了该采区煤岩的冲击矿压等级，同时得到了煤岩孕冲一冲击破坏的电磁辐射（EME）现象的规律，确定了煤岩动力破坏的EME临界幅值和脉冲数，为实际生产中采取解危措施及效果检验提供了实验依据。     

冲击矿压工作面卸压巷卸压法探讨

介绍了卸压巷的卸压原理以及冲击危险面常用的一些卸压解危方法。通过将卸压巷卸压法应用于冲击矿压工作面，并在现场采用电磁辐射技术对其卸压效果进行了检验，说明采用卸压巷能够对冲击矿压工作面起到比较好的卸压效果，为冲击矿压的防治提供了一种可行措施。     

钻屑法检验深孔爆破卸压技术效果

冲击地压的发生与工作面前方煤体应力场的分布密切相关,可以采用深孔爆破卸压技术来改变巷道附近围岩的应力场分布形式及煤岩体的物理力学性质,降低巷道附近围岩的受载应力,使得巷道附近煤岩体的冲击倾向性指标及冲击临界载荷降至临界值以下,从而避免冲击地压的发生,利用钻屑量和钻屑粒度对深孔爆破卸压效果进行检验。研究表明:钻屑量与钻屑粒度能够有效地反映工作面前方煤体应力分布及转移情况,能够有效地检测爆破卸压效果,为深孔爆破卸压防治冲击地压技术的效果检验提供一种检测技术。     

忻州窑矿两硬条件冲击地压防治技术研究

根据大同两硬条件(坚硬煤层和坚硬顶板)特点和冲击地压发生的特征，通过现场试验和实验室实验，分析研究了冲击地压发生的机理，提出了冲击地压发生的时空能量准则以及卸压放能的有效技术途径．在有冲击地压危险的工作面采取了施工放能孔的方法，使煤岩系统长期积累的弹性能量得到缓慢释放，解决了忻州窑矿的冲击地压问题．     

复合爆破卸压技术在煤矿防治冲击地压中的应用研究

采用多种爆破卸压解危技术的复合应用,对冲击地压矿井的冲击危险区域实施立体卸压爆破技术进行解危,从而使巷道高应力得以合理释放或向深部转移,达到降低冲击发生的可能性或有条件的诱发冲击地压的目的,降低了巷道局部高应力集中和微震事件发生的频率,为矿井安全生产提供了技术保障。     

断顶爆破治理冲击地压技术研究与应用

新汶矿区的主采煤层顶板均为较坚硬的砂岩,厚而坚硬的顶板较难垮落,在工作面回采过程中在采空区形成大面积悬顶,顶板对煤体压缩做功积聚大量的弹性能,为有效地防治冲击地压,确定了合理的爆破方案对顶板实施了爆破卸压,并通过数值模拟和应力现场实测表明,超前爆破明显改善了顶板条件,获得了有效的应力释放和卸压效果,从而很大程度避免了冲击地压的发生。     

平顶山十一矿深部煤层冲击矿压防治技术

介绍了平顶山十一矿己二采区集中运输巷在掘进过程中冲击矿压的预测预报及防治技术,其治理过程是先分析冲击危险程度,确定冲击危险指数,再采用电磁辐射仪和钻屑法进行预测预报,对危险区段立即采用卸压爆破技术进行防治.     

冲击地压采面瓦斯异常涌出发生机制及控制

针对冲击地压采面瓦斯异常涌出问题,在统计分析多个冲击地压采面瓦斯涌出异常诱发因素的基础上,研究了冲击地压采面瓦斯异常涌出发生机制、瓦斯异常区划分方法及防治技术。研究结果表明:冲击地压采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;冲击地压采面瓦斯异常涌出发生机制是煤（岩）层冲击或震动,造成应力集中区域突然卸压、裂隙扩展,大量卸压瓦斯解吸扩散并涌向采场,工作面后方采空区随着顶板断裂,瓦斯被突然压出,造成瓦斯涌出异常。在治理冲击地压采面瓦斯时,采前需预评价、预分区、预处理,开采过程中,可以实施钻孔卸压、顶板预裂爆破、煤层注水、深孔爆破、瓦斯抽采、强化支护等措施,以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工作面得到了应用,取得了良好的效果,确保了工作面的安全回采。     

采动诱冲动能估算及冲击危险性评价

能量积聚与释放作为煤矿冲击地压发生的基本力学机制,成为近些年来学术界与工程界关注的热点之一。如何突破传统的以应力-应变曲线为基础的形变能诱灾机理现状,探讨动能驱动诱冲机理是科学解答冲击地压的瓶颈。根据回采工作面开采所引起的支承分布压力变化,基于开采扰动原理,推导了因采动导致煤体内产生动能计算方法,得到了不同深度、不同塑性区宽度、不同推进度与所产生动能之间关系,提出了冲击危险性动能评估指标。研究表明,工作面超前支承压力集中区产生的高变形能的释放是煤体破坏的必要条件,而支承压力变化促使变形能释放转化形成的动能是驱动煤体动力破坏失稳的充分条件;通过对开采进尺小于和大于塑性区宽度时支承压力变化所引起动能计算发现,当开采进尺大于0.8倍的塑性区宽度时将开始产生动能;当开采进尺一定时,塑性区宽度越大,产生的动能就越小,因此松动爆破、大直径卸压钻孔等手段增大塑性区宽度有利于动能的降低;若开采进尺越大,则产生动能就越高,因此,降低推采速度减少进尺有利于降低产生的动能,基于获得的开采进尺与动能量级的关系,可以定量给出满足防冲要求的安全开采进尺,这为解答如何确定不同冲击地压煤层容许进尺提供了定量方法;根据单位体积煤体所承受动能与单位体积煤体所能够贮存的弹性能的比值,定义冲击危险性动能评估指标,强调动能驱动机制,这将更有利于判断冲击危险性程度。     

爆破应力波在构造带煤岩的传播规律及破坏特征

针对煤矿井下爆破作业扰动到构造带煤岩体容易诱发煤与瓦斯突出事故的现实背景,根据爆破应力波在构造带煤岩的传播规律结合相似模拟实验和数值分析,研究应力波对构造带煤岩的损伤破坏特征及其对煤与瓦斯突出的影响作用机理。研究发现,爆破应力波从岩体传播到构造松软煤层时,在煤岩交界面发生了波的透射和反射;透射的压缩应力波作用于煤体,使煤层裂隙增加;反射的拉伸应力波反作用于岩体,使位于岩体内相应测点的应力值增大约1.1倍,在靠近松软煤体一侧的岩体内形成交叉网状裂纹,加大了岩体的破坏程度和破坏范围。构造松软煤体加强爆破应力波的反射拉伸和爆破振动的累积效应导致构造带煤岩交界面的煤岩体损伤严重,当煤岩体的强度不能抵抗瓦斯内能和煤岩体的弹性潜能时将会发生煤与瓦斯突出。