充分采动阶段覆岩多层空间结构支承压力研究

将采场上方直至地表的岩层视为采场上方的覆岩空间结构,基于微地震定位监测,圈定采场覆岩多层空间结构的范围,研究覆岩空间结构岩层运动发展规律,建立覆岩空间结构走向支承压力模型;利用力学方法,得到走向支承压力计算公式;利用上述计算方法,研究了新汶矿业集团华丰煤矿1410工作面走向超前支承压力分布规律,并与现场微地震监测结果进行了对比分析.研究表明：上述方法适用于深部采场岩层运动范围扩展后的充分采动阶段采场走向支承压力的估算和预测.     

深厚表土综放采场断层煤柱整体失稳型冲击地压机制研究

深厚表土综放采场断层煤柱整体失稳型冲击地压具备高隐蔽性、强破坏性、难防护性和长延续性的破坏特征,煤矿现场难以有效预警和防治。以巨野煤田某矿2305S工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法,研究深厚表土综放采场断层煤柱整体失稳型冲击地压机制。探讨了深厚表土综放采场岩–土地层初次、周期联动的空间结构和力学特征,设计了深厚表土综放采场断层煤柱承载地层传递载荷、上覆自重载荷和断层构造载荷的估算方法,提出了深厚表土综放采场断层煤柱整体失稳型冲击地压的力学判据。根据模拟应力增速演变规律将断层煤柱回采过程划分为蓄能阶段和临界阶段,其中临界阶段整体失稳冲击危险水平快速提升。揭示了深厚表土综放采场断层煤柱整体失稳型冲击地压机制：断层与沿空面斜交形成的断层煤柱具备高水平的基础应力,当工作面推进至岩–土地层初次联动阶段时,走向地层传递载荷提高了断层煤柱的应力水平,同时连续推采条件下其承载面积不断减小,当载荷量超过弹性承载区的失稳阈值时即发生整体失稳型冲击地压。设计了此类型冲击地压治理方案,包括采前整体冲击危险评估、井地联合区域监测–弹核应力局部预警、分级承载多层卸压设计。     

冲击煤层煤柱变形与地面建筑物保护关系研究

保护煤柱合理宽度(或停采位置)是确保地面重要设施长期稳定的关键。以山东某矿地面引水渠("南水北调"工程组成部分)下不规则下山保护煤柱宽度设计为工程背景,首先,通过分析煤柱变形可能引起地面建(构)筑物的破坏方式,提出了控制长期高应力作用下冲击煤层煤柱变形的原则:1走向方向煤柱不发生冲击失稳破坏;2走向方向煤柱不发生煤体长时强度降低而导致的失稳破坏;3倾斜方向煤柱保持均匀变形,从而使地面不发生明显拉伸破坏。其次,依据煤柱上方覆岩空间结构形式,建立了煤柱应力估算模型,提出了保持煤柱长期稳定及地面建筑安全的煤柱设计方法。最后,应用研究成果,分析了工程案例的煤柱应力、围岩稳定性和变形特征,并对该引水渠工程和井下开采设计进行了安全评估。该研究成果对类似开采条件下的保护煤柱宽度确定具有指导意义。     

超深井多煤层扰动下巷道变形的时空规律

以华丰矿4,6层煤采动下影响的-1180东岩巷围岩大变形防治为背景,通过现场观测和理论分析,探讨了超深井多煤层扰动下底板巷道变形的时空规律,并提出相应的巷道变形控制思路及途径。研究结果表明:1)超深井多煤层扰动过程及底板巷道变形区域存在时空对应关系,这是引起底板巷道分段破坏和重复破坏现象的主要原因;2)受时空规律的影响,超深井多煤层扰动下底板巷道的不同区域处于不同的扰动阶段,其扰动形式、应力环境、围岩状态以及变形规律各不相同;3)针对各扰动阶段的变形机理,提出超深井多煤层扰动下巷道变形的控制思路和途径,控制思路主要为明确时空关系,评估扰动危险性,确定合理治理方案,效果监测、评估及优化,控制途径主要有前期扰动大动压以卸为主,小动压及静载以补为主,后期大动压以‘卸+支+抗’为主,小动压及静载以‘固+补’为主。     

冲击地压分类防治体系研究与应用

针对煤矿冲击地压类型复杂、治理技术缺乏针对性等问题,提出了以分类治理为核心思想的冲击地压分类-评价-解危-预警-检验-支护-管理七模块治理技术体系。通过对矿井采深、地层条件、煤层条件、构造条件、开采方法和边界条件进行分析,提出了以8种不同的外部力源类型和10种典型巷道围岩结构形式两两组合的深井冲击地压综合分类方法;在分类基础上对冲击地压的评价、解危、预警、检验、支护和管理技术进行了分析和优选。七模块冲击地压治理技术体系在山东能源集团新巨龙煤矿等矿井的成功应用,可为冲击地压矿井的安全开采提供借鉴。     

基于覆岩结构理论的冲击煤层孤岛工作面宽度研究

针对冲击煤层孤岛工作面上覆岩结构复杂、开采极易诱发冲击地压等灾害问题,提出了采前孤岛工作面宽度设计的留设方法。以山东某矿为工程背景,首先根据孤岛工作面周边采动情况及覆岩运动规律,确定关键层是否破断,进而得到了孤岛工作面“Γ”型覆岩结构分布;其次采用矿压理论分析不同覆岩结构分布对工作面应力传递规律,估算了孤岛工作面静态支承压力;最后根据孤岛工作面应力分布特点,理论分析了工作面整体支承强度,并结合工作面回采冲击失稳发生机理,确定了工作面宽度合理范围。通过工程类比与理论计算,得到了该矿3上1105孤岛工作面宽度大于170 m的结论,为工作面宽度设计提供理论依据。     

基于聚类分析的微震定位二次优化研究

为了提高微震定位的精度,利用MATLAB软件及其工具箱编制相关分析、处理程序,进行了关于微震定位结果的二次优化研究。利用传统数学方法,将微震定位问题简化为求解线性方程组,建立基于多传感器的四四组合定位模型,四四一组求解其定位结果;并采用k-means聚类方法对组合定位结果进行优化处理,减小定位结果的奇异性。设定核心簇和外围簇2类,引入聚心曲线拐点及噪声偏移距离概念,建立聚类继续与否的判定准则。通过某矿现场验证表明,优化后的结果与真实震源误差为(1.8,2.83,11.6),空间距离约为12.08 m。该方法算法简单,操作方便,且精度较之单一定位方法有所提高,基本满足现场需求。     

倾斜短壁式水采工作面的矿山压力显现规律

本文通过分析水采和旱采顶板运动的特点 ,采用有限元及力学的方法研究了水采工作面沿倾向与走向的顶板运动规律。结合现场观测的结果 ,指出了水采工作面的矿山压力分布及其显现规律 ,得出了水采冲击地压发生的机理。     

老顶的基本结构形武

本文以现场实测、实验和工程实践的成果为基础。从顶板控制设计和老顶来压预报的角度出发，对老顶的结构形式进行了研究。主要结论如下：1)老顶的结构形式随岩层的质量的状况而变化：2)老顶存在三种基本结构：类拱式，拱梁式和梁式．它们的不同组合形成了多样的顶板结构；3)三种基本结构的运动规律、支承压力显现规律及其控制要求。既有区别义有联系，是一个从量变到质变的辨证过程。本文的主要结论已应用于顶板控制设计专家系统和来压预报专家系统，并得到了验证．