坚硬顶板邻空巷道掘进冲击地压防治技术

针对徐庄煤矿坚硬顶板条件下邻空侧巷道掘进期间强矿震频发现象,采用理论分析和微震监测方法确定了强矿震事件发生的时间及空间位置,并得出坚硬顶板、采掘扰动、断层构造、煤层厚度变化等因素是巷道掘进期间冲击致灾来源。结合巷道掘进期间地质和开采技术条件,提出针对性的顶板爆破、钻孔卸压及降低掘进速度的冲击地压治理措施,微震监测结果显示:这些措施有效降低了掘进巷道大能量震动的产生,并且巷道矿压显现次数及冲击破坏情况显著降低,保障了巷道的安全掘进。现场实践证明,该综合防治措施对于坚硬顶板条件下巷道掘进期间冲击地压的防治效果明显。     

油页岩巷道围岩变形失稳机理及支护技术

针对甘肃窑街煤电集团海石湾煤矿油页岩回采巷道围岩在整个使用期内持续变形得不到有效控制的现状,综合采用理论分析、实验室试验、数值计算的方法对巷道变形失稳机理展开研究。结果表明水理、风化作用和不合理的支护时机选择是油页岩自身强度降低的根本原因;构造应力场的存在加剧了油页岩巷道围岩变形破坏的进程。在此基础上提出油页岩巷道高强预紧、适度让压、封闭裂隙、切断水源的围岩稳定控制整体思路,通过采用高强预紧让压锚杆+锚网喷联合支护技术手段,有效地控制了巷道围岩变形破坏,取得了良好的技术经济效益。     

高应力区硬煤层巷道钻煤粉卸压技术分析

针对高应力区硬煤层巷道,由于难以注水,采用传统煤体爆破和大直径钻孔卸压方式往往不能将冲击危险降低到可接受水平。通过现场试验,提出了一种钻煤粉卸压技术,其特点是采用小直径、小孔间距的钻孔钻出大量煤粉,其原理类似于使煤层巷道围岩产生大变形,变"硬"煤为"软"煤,其效果使高应力区煤体得以有效卸压,降低和解除冲击危险,保证工作面安全生产。     

深部煤巷顶板冲击裂变失稳机制及其动力表现型式

冲击矿压85%发生在巷道中,随着开采深度的增加,冲击矿压发生的频次和灾害烈度都急剧增加,深部煤巷冲击矿压灾害防治已经成为一个亟待解决的技术难题。针对深部煤巷顶板冲击裂变失稳机制进行研究,基于弹塑性及断裂力学原理,分析了巷道顶板岩层集力聚能破断失稳机理,推导了巷道顶板冲击裂变失稳的承载、形变及能量条件,阐述了冲击动载作用下复合顶板"层间离层-岩梁开裂-动力震裂"的裂变失稳演化规律。深部煤巷顶板冲击失稳模式与顶板岩梁宏观主控裂隙的发育扩展关联密切,在高静载和强动压的叠加作用下,巷道顶板呈"一横五纵"6条主控裂隙展布发育,各横纵裂隙协同扩展直至汇合贯通,最终形成"门式"震裂块体瞬间推入巷道空间发生冲击破坏。最后揭示了深部煤巷顶板岩层动力破坏失稳的6种表现型式,提出了"顶部桁架锚索+跨中长锚索+顶角斜锚杆"强力联控支护对策。     

鄂尔多斯矿区典型厚顶宽煤柱采场冲击地压机理

以门克庆煤矿3102工作面为背景,对多层厚顶板宽煤柱采场冲击地压诱发机理、冲击显现规律展开研究.研究结果表明:多层厚顶板具有近场关键层竖"O-X"、远场关键层横"O-X"破断特征及"分步异化"的周期来压规律;宽煤柱应力随3102工作面推进由非对称马鞍形逐步演化为单峰形;工作面超前区域及宽煤柱受支承压力叠加影响静载应力很高,为冲击高危险区域;当关键层破断释放能量与宽煤柱煤体积聚的弹性能叠加超过其承载极限,将诱发临空巷道冲击显现;现场多层厚顶板大周期、中周期及小周期来压步距分别为141.6 m,43.2～49.6 m,17.6～27.2 m,大周期来压期间微震能量、频次及支架工阻增量最高,微震空间分布与高静载应力区域重合,理论分析与现场实际相符.     

基于微震数据评价的顶板深孔爆破卸压效果分析

针对红庆河煤矿宽煤柱弱胶结厚层顶板破断引起大能量矿震频发的现象,采用理论分析、微震监测及现场试验的方法确定了大能量矿震发生及顶板深孔爆破卸压的层位,提出了卸压爆破孔装药量为2.5 kg/m的走向扇形布置和装药量为4 kg/m的倾向扇形布置2种方案。运用井下现场与地面微震系统相结合的监测方式,准确定位了顶板深孔爆破震动诱发的微震信号,并通过微震系统所监测的指标对2种方案顶板爆破卸压效果进行了对比分析。结果表明:走向扇形布置顶板爆破主要诱发能量在1.0×10~3～1.0×10~4J的微震事件,倾向扇形布置主要诱发能量1.0×10~4J以上的微震事件。从每公斤炸药诱发能量指标可以发现:在走向扇形布置方案中,工作面超前支承压力影响范围内的爆破诱发能量有所升高,但上升幅度不大;在倾向扇形布置方案中,工作面侧顶板爆破诱发能量相较于煤柱侧有所提高,增幅约为6.3%;倾向扇形布置方案顶板深孔爆破每公斤炸药诱发能量约为走向扇形布置的3倍。结合红庆河煤矿402工作面现场实际情况,确定了超前工作面450 m以外的倾向扇形布置方案的有效性和可行性,验证了采用倾向扇形布置能取得更好的爆破卸压效果。工作面回采期间的微震定位结果进一步表明:无论采用走向扇形布置还是倾向扇形布置实施顶板深孔卸压爆破,均能起到很好的顶板爆破卸压效果。     

砂粒径对相似材料力学特性的影响机理

为探明砂粒径对相似材料力学特性的影响机理,提高相似物理模拟实验的精度,对0.1～3mm的11种粒径条件下的99个力学试件进行了单轴抗压测试及渗透系数测试,并从石膏水化反应机理和内外部结构特征两方面阐释了试件力学特性变化的规律及机理。研究发现:砂粒径对相似材料的抗压强度影响范围在-16.51%～49.79%之间,但总体上粒径对材料强度的影响成负相关关系;SEM电镜观察发现,在较小砂粒径条件下生成的CaSO4·2H2O晶体多以相互交织的针状和短粗棒状晶体呈现,材料强度也较大,而粒径大时多以层片状、板状出现,交织程度差,力学强度弱;表征观察发现,砂粒径越小的试件界面缝长度与宽度则越小,砂粒的比表面积越大,接触应力更加均匀,不易产生应力集中而破坏材料;相似材料的渗透系数随砂粒径的增加而增大;当粒径大小为1.5～2.0mm时,试件单轴抗压强度与目标值最为接近。     

构造应力场中巷道围岩破坏机理研究

针对构造应力场中巷道围岩变形破坏基本特征,采用FLAC3D数值计算软件,依次分析侧压系数、内摩擦角、黏聚力对矩形巷道周边应力分布、位移和塑性区扩展的影响。结果表明:侧压系数对巷道围岩变形破坏具有敏感性,随着侧压系数的增大,巷道两帮移近量呈现正比增加的趋势且明显大于顶底移近量;内摩擦角在一定的取值范围内,与巷道围岩塑性区变化存在着负相关性,但是当其增大到相对的临界点(30°≤φ≤35°)时,塑性区的变化将不再明显;当黏聚力增大到一定程度(C=5.0MPa)时,巷道围岩塑性区的变化将保持在一个相对稳定的水平。在此基础上提出高强让压支护的基本思路,开发了"多孔循环注浆,深浅孔结合"工艺,在工程实践中取得较好效果。     

深部下山煤柱区矿震规律研究

针对某矿-1 025 m西一下山采区9煤回风下山发生的多次冲击矿压显现，利用SOS微震监测系统，研究分析深部下山煤柱区域矿震活动规律。结果表明：冲击矿压发生前，矿震能量持续上升，频次亦持续增加或维持在较高水平；矿震沿下山集中明显，主要位于2个覆岩关键层内，高静载加强矿震扰动是诱发巷道冲击破坏的主要原因；冲击前兆强矿震信号呈现低频率、高振幅特征。根据监测结果实施煤体大直径钻孔、顶板预裂爆破以及优化支护等矿震弱化控制技术，现场效果良好。     

构造应力作用下巷道底板冲击破坏的原因分析

针对在褶皱区构造应力作用下回采巷道底板冲击频发的问题,基于底板冲击发生的力学条件,以某矿250206上工作面为工程背景,借助弹性薄板理论对回采巷道在水平构造应力作用下底板冲击发生的原因进行了分析,建立了底板失稳破坏的力学模型,通过理论推导计算出了底板发生失稳破坏的临界载荷表达式,并给出了底板所受水平应力的计算公式,最后对底板冲击危险性系数进行了修正。