煤矿深部采场爆破地震波传播规律的 微震原位试验研究

采用本质安全型微震监测系统,在煤矿深部采场布置了微震监测台网,对测区内的爆破波信号进行了原位采集试验.提出了地震波"穿层"和"顺层"传播的概念,得到了地震波振幅的衰减曲线和回归方程.试验结果表明,振幅随传播距离的增大呈幂级衰减;"穿层"传播的衰减速率远大于"顺层"传播;地震波"穿层"传播200 m后,振幅损失严重,初始到时点开始模糊,需对到时进行补偿后方可参与震源定位.该结果进一步证实了该监测台网布置的合理性(测点平均间距60 m).微震监测和音频电透视结果证明,岩体破裂区和富集水区的存在加速了波的衰减.这些定性和定量的研究结论将为进一步研究微震监测台网布置的优化方案提供理论依据,也可为其他地球物理监测或探测手段提供实测的基础参数.     

基于当量钻屑法的冲击地压监测预警技术研究及应用

 针对济三煤矿现场监测数据,通过分析和数值计算,建立钻屑量、支承压力以及钻孔应力的关系,在此基础上,研制冲击地压实时监测预警系统。通过应力测量代替钻屑量作为冲击地压危险性主要监测指标和实时监测工作面前方应力场的变化规律,实现冲击地压危险区及危险程度的实时连续监测预警。自主开发的分析预警软件可以实时显示随工作面推进的支承应力动态云图和测点应力柱状图,设定报警阈值,以判断危险区域及其危险程度,预报发生冲击地压的可能性。通过多个冲击危险矿井的应用,表明该系统能准确地预报冲击危险区及其危险程度,实现高冲击危险工作面的安全开采。     

深井特厚煤层综放工作面断层活化规律研究

 以新巨龙公司2301N综放工作面过断层为工程背景,通过微震监测、数值模拟和理论分析等方法,对深井特厚煤层断层活化规律进行研究。得到的主要结论为：(1) 根据2301N工作面微震监测结果,将断层活化分为应力显现阶段(距断层274.8～214 m)、蓄能阶段(距断层214～84 m)和结构活化阶段(距断层84～0 m),并采用数值模拟进行了验证;(2) 工作面过断层期间存在断层活化型冲击和断层煤柱型冲击2类动力灾害,断层活化型冲击的机制主要是开采诱发断层两侧煤岩体积聚的构造应力释放,断层煤柱型冲击地压机制主要是工作面开采引起断层煤柱应力的高度集中;(3) 根据工作面过断层期间冲击地压发生机制,提出相应的防治技术,并进行现场验证,保障了工作面的安全开采。研究结果对类似条件下的工作面安全开采具有一定的借鉴意义。     

深井综采(放)工作面异常来压控制研究

 通过事故调研、理论分析和现场实测,研究深井综采(放)工作面异常来压的发生机制、控制技术及其危险性的分区分级评价方法。得到的主要结论为：(1) 工作面异常来压诱发因素主要有顶板来压、顶板水、控顶距增大、初撑力低、采高变化、断层、推进速度以及这些因素的叠加;(2) 异常来压的发生机制是上述影响因素引起顶板结构与支架作用关系失衡后,导致顶板异常活动和支架异常受力;(3) 异常来压的控制方法为开采前进行评价,预处理危险区,开采过程中实施矿压监测,采用工作面调斜、适当降低采高、提高初撑力、提前疏放水或加固顶板、预裂顶板、加快推进速度、优化支架阻力等措施,降低危险性。研究结果在赵楼煤矿1306工作面进行应用,取得良好效果,可有效避免压架事故。     

冲击地压的应力增量预报方法

采用覆岩空间结构运动理论预测了兖州煤业股份有限公司南屯煤矿9303孤岛放顶煤工作面的岩层运动规律,确定了冲击危险区和危险程度,并对冲击危险区域进行了卸压预处理。在此基础上,在危险区采用钻孔应力增量、钻屑量和钻屑过程中的动力现象为主要指标的冲击地压应力增量预报方法,对工作面可能发生冲击地压的位置进行了准确的预测预报。由于提前做好了预先卸压、监测检验和防护,在预测区域内发生2.6级矿震时,成功避免了矿震诱发的冲击地压灾害,实现了有震无灾的控制目标。     

基于微震和应力动态监测的煤岩破坏与瓦斯涌出关系研究

采用微震监测技术、应力实时在线监测技术对方山矿新井11041工作面回采过程中煤岩破坏与应力变化进行了实测研究,结合工作面抽放和风排瓦斯涌出量监测数据,得到了综采工作面煤岩破坏、应力变化和瓦斯涌出三者之间的关系。研究表明:1)微震事件能量峰值的出现略早于工作面前方煤体应力极值和瓦斯抽放指数峰值,而工作面风排瓦斯涌出量峰值又略晚于瓦斯抽放指数峰值,可以根据微震事件能量变化来间接反映工作面煤体应力变化和瓦斯涌出情况;2)工作面基本顶的周期性运动是诱发工作面风排瓦斯涌出量周期性变化的主要原因,当基本顶周期性断裂时,采空区瓦斯涌出增大,工作面风排瓦斯含量变大,且瓦斯主要来源于采空区积聚瓦斯。     

煤柱效应下底板致冲机理与巷道布置优化

为避免上分层遗留煤柱产生的集中应力对下分层巷道造成冲击隐患,在遗留煤柱集中应力影响范围外选择掘进巷道的合理位置。以新疆某矿(9-15)上06工作面为工程背景,通过现场调研、理论分析和数值模拟等方法,分析上分层遗留煤柱效应下底板冲击破坏机理,得到以下结论:1)提出以滑移变形为理论基础的底板冲击力学分析模型,分析底板发生整体滑移冲击前的极限载荷及整体冲击范围,得知底板最大破坏范围仅与煤柱宽度和底板岩层内摩擦角2个参数有关,确定下分层巷道冲击危险区域;2)数值模拟分析(9-15)上06工作面上平巷解放角为42°,内错偏移距为17 m,下平巷解放角为80°,内错偏移距为17 m,理论计算结果与数值模拟基本吻合。     

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。     

矿震诱发型冲击地压临场预警机制及应用研究

矿震诱发型冲击地压预警是世界性难题,通过多年的监测预警机制研究和现场实测发现,采场监测区域内应力突降是此类型冲击地压的典型前兆之一。结合关键岩层断裂特征与煤岩体应力变化关系,得出依据矿震发生前煤岩应力突变规律实现临场预警的机制:高位关键岩层拉伸断裂前后采场超前应力从单峰演化为双峰状态,在关键岩层断裂位置下方煤岩体内出现应力突降,数分钟后因岩梁断裂回转,其下方支承区域内岩体受强烈动载破坏而引发矿震。根据临场应力突降值和突降范围,判定矿震对采场的危害程度和影响范围,进而及时作出现场避灾处理,结合开采前预判关键层破断步距和开采过程中高精度微震追踪岩层破裂高度,判断矿震发生的区域,提高临场预警的时效性和准确性。本文揭示的现象和关键数据为临场预警矿震诱发型冲击地压提供了一种直观有效的方法。     

沿空巷旁分层充填留巷试验研究

煤矿目前在高地应力或覆岩运动剧烈的条件下,采用巷旁充填留巷方式有2点不足：刚性材料充填易造成墙体应力集中,使充填体被压裂乃至失效,裂隙发育使采空区与巷道连通引起火灾或CH4,CO等有毒有害气体泄漏;柔性材料充填易造成巷内顶板下沉过大乃至发生冒顶。为此,在华恒煤矿11508运输巷留巷时进行改进。首先建立沿空留巷巷旁侧向覆岩结构模型,计算充填体可缩量,制定巷旁分层充填留巷方案：即巷旁支护体采用2种强度等级的材料充填,上分层材料起密封作用,适应覆岩运动产生的冲击载荷,下分层材料起支护作用。通过建立力学模型计算得出下分层材料必需的支承强度,通过结构模型确定各自充填厚度。现场试验达到了预期效果。