煤矿冲击地压与冒顶复合灾害研究

随着煤矿向深部发展,矿井动力灾害既表现出冲击地压的部分特征,又表现出冒顶的部分特征。2种典型的灾害打破以往冒顶与冲击地压的发生具有一种互为逆向性的认知规律,在深部高应力煤巷,特别是留顶煤巷道中出现了相互诱导、复合发生的新灾害类型。在总结山东、山西和新疆矿区典型巷道冲击致顶板(顶煤)动力灾害特征的基础上,提出了深部巷道冲击地压与冒顶复合灾害的概念、机理与分类,指出复合灾害机理关键点在于揭示巷道整体系统和破碎区子系统的稳定原理及其2者间的相互影响。建立了巷道发生复合灾害的力学模型,根据扰动响应失稳判据,提出并得到了巷道发生复合灾害的临界应力Pcr、临界软化区半径ρ_cr和最大容许采扰应力增量σ_max,厘清了灾害发生的主控因素,分析了煤岩冲击倾向指数K、支护强度ps、巷道半径ρ₀、煤岩强度σ_c等对灾害发生的影响规律,同时阐明了围岩塑性软化、破碎深度随地应力增加的发育规律。研究结果表明,破碎发育巷道的动力失稳主体为弹性区、软化区与破碎区构成的不稳定系统,垮落主体为破碎区;稳定的破碎区提升了巷道冲击启动临界值,使其启动难度增大,但破碎区的发育又易引起顶煤垮落;巷道稳定支护是解决复合灾害的关键,科学合理支护既能有效调控围岩破碎防冒,又能提升冲击启动临界值。通过理论研究,揭示了巷道冲击地压与冒顶复合灾害的发生机理,阐明了巷道软化与破碎区及其稳控支护对深部破碎发育巷道动力灾害防治的重要性。     

顶板深孔爆破防治小煤柱冲击地压研究

以巴彦高勒煤矿1202回风巷小煤柱区域为研究对象,采用数值模拟、理论分析、钻孔窥视等方法,研究小煤柱区域应力分布状态及顶板断裂结构特征。对煤柱侧顶板卸压机制及其断裂结构进行了分析,结果表明:采空区顶板的断裂能够实现应力的转移和释放,较断裂前垂直应力降幅达32. 0%、应力峰值位置向实体煤侧偏移4 m,同时有效降低了拐角煤体与其他区域的应力差值。划分了小煤柱侧顶板断裂类型,结合全断面窥视结果,确定出深孔爆破技术治理煤柱侧坚硬顶板的爆破参数。顶板治理措施实施后,巷道变形量得到有效控制,降低了小煤柱区域冲击地压危险程度。     

龙滩坝8#采场地压监测与结果分析

为掌握龙滩坝8#采场矿体在开采过程中地压的变化规律，在结合现场实际情况的同时，根据开挖揭露的地质条件，采用钻孔应力计、锚杆应力计、收敛计、多点位移计和声发射对采场矿柱、顶板及巷道变形情况进行监测，得到回采过程中矿柱、顶板、巷道的受力状况。掌握采场地压的变化规律，为矿体的开采设计提供参考。     

冲击地压应力波作用机理

针对动载扰动下大型冲击地压的发生及演化过程难题,分析了采场动载应力波的产生机制,研究了动载应力波与静载耦合作用下煤岩体冲击破坏规律,从应力波的产生、传播与致灾过程详细解释了大型冲击地压演化机理。研究结果表明,采场高位坚硬顶板断裂与深部应力集中区煤体破断所产生的动载应力波幅值随着煤岩体强度增大而升高,应力波持续时间随着破断尺度增大而增大,说明在煤矿开采过程中,顶板或煤体强度越高、破断尺度越大,越容易产生大能量的动载应力波;动静载耦合冲击破坏实验结果证实,高静载、高动载应力波、静载与应力波耦合加载条件均能使煤岩体发生冲击破坏,且随着轴向静载的增大,试样发生冲击破坏所需的临界动载应力波强度先增大后减小,其上升段与下降段的分界点约为单轴抗压强度的50%。当静载达到该临界点时,煤体发生冲击破坏所需的动载应力波强度急剧减小,说明高地应力环境煤岩体受到动载应力波的影响更为显著;现场大尺度模拟分析表明,动载应力波作用下,采场煤岩体塑性破坏区范围逐渐增加并主要集中在巷道两侧,且随着应力波幅值和持续时间增加,塑性破坏区范围不断扩大;研究提出了冲击地压应力波作用机理:动载扰动下冲击地压是静载、动载应力波与煤岩体结构耦合作用的结果,采场煤岩体大尺度破断产生高能量动载应力波,应力波与地应力耦合作用导致采掘空间围岩发生大范围破坏,最终形成冲击地压灾害。     

基于微震的地压灾害预警体系构建与应用研究

为了研究阿舍勒铜矿深部开采中面临的地压灾害问题，结合现场实际与采动影响下岩体活动致灾模 式，基于现场微震监测的有效事件库，进行了时空强微震活动性因素分析。选取了多种物理意义清晰、数学模型明 确的分析因素：时间因子方面的活跃期与时序集中度 Q 时，空间因子方面的活跃区域与震中集中度 Q 空，定量地震学 因子方面 b 值、βn值、η 值、CUFIT 模型。结合现场微震数据库对各参数的分析，总结了各因素的高低值、趋势特征 及其揭示的地压活动性规律与预警特征：时序活跃期、Q 时高值，空间活跃区域、Q 空低值、低 b 值、高 βn值、高 η 值， CUFIT 模型符合急剧积累至高值后呈下降趋势都表征现场地压显现可能性较大。在此基础上，综合考虑多项时 间、空间、定量地震学参数的预警因素，构建了基于微震的地压灾害预警体系，通过综合判定函数 F 与各因素相关 性及其预警方法进行了现场实际应用，预警效率高、应用效果好。     

高地压严重突出区域下向穿层钻孔预抽消突技术

利用工作面高抽巷施工掩护顺槽掘进工作面下向穿层条带预抽钻孔,通过对钻场底板深、浅孔注浆封堵围岩裂隙解决了孔内返水不畅难题;采取了"两堵一注"封孔方式确保封孔严密不漏气;孔内全程下吹水管,实现了单孔、分组、定时吹水工作目标,提高了下向消突钻孔抽采效果,形成了一套高效、快速的下向穿层钻孔消突管理模式,实现了高地压严重突出区域煤层高效消突以及技术经济一体化目标,安全经济效益显著。     

深部大采高工作面煤柱留设优化数值模拟研究

为缓解高产高效矿井采掘接续紧张局面，鄂尔多斯地区综采工作面多采用“两进一回”的巷道布置形式，辅运巷在回采结束后用作下一工作面的回风巷，两进风巷之间采用大煤柱护巷。但随着该地区采深600 m以上的深部矿井增多，冲击地压灾害问题逐渐显现，双巷大煤柱留设的弊端也暴露出来。针对此问题，以鄂尔多斯红庆河煤矿3^-1101大采高综采工作面为例，对不同宽度煤柱留设的应力分布规律进行建模研究，提出了合理的煤柱留设宽度，为鄂尔多斯地区类似条件矿井的安全高效开采提供参考依据。     

二里河铅锌矿井下支护方案综述

为总结出一套适合矿山实际的支护方案，二里河铅锌矿在矿山生产的20余年里，引进了多种支护工艺进行试验。矿山根据井巷、硐室所处工程环境，确定了锚杆、钢筋、钢架、混凝土进行单一或组合支护的方案，特别是千枚岩内12.4 m跨度的提升机硐室支护方式与参数，对矿山软弱岩层大跨度硐室工程支护具有参考价值。采场则按照急倾斜、缓倾斜矿体上盘千枚岩支护为例，分别列举了锚杆、锚杆+锚索支护的工程方案。采场联络巷、矿房行人通道等区域利用支柱+横梁临时支护。不但提高了采场作业安全性，也使采矿损失率降低5%，贫化率降低7%。     

特厚冲击煤层综放开采临空巷防冲优化设计

针对特厚冲击煤层综放开采大煤柱临空巷侧多次发生冲击的工程难题,采用理论分析、现场监测及现场试验等手段研究了屡次冲击的机制,并在主控力源基础上针对性优化了防冲措施,最终利用微震和矿压监测对优化前后的解危效果进行了对比分析,结果表明在优化了措施后105J能级微震事件减少了72.3%,冲击显现事件减少了62.5%,周期来压强度降低,冲击频次和强度也大幅降低,有力保障了宽煤柱临空工作面的安全开采。