深部回采巷道防冲释能耦合支护技术及应用

为解决深部回采巷道围岩大变形、支护体易破断失效的难题,以济三煤矿深部回采巷道为研究对象,采用理论分析、数值模拟及室内试验相结合的方法,研究围岩变形破坏机制、防冲释能耦合支护技术原理及其应用效果。结果表明:济三矿区深部回采巷道大变形易冲击的主要原因在于复杂的高应力场及其叠加,使得以厚层坚硬砂岩为主的顶板易积聚能量,而现有支护体系无法有效吸收并转化围岩剩余能量;相比于传统支护体系,恒阻大变形支护体系可多吸收能量(DFDx),实现了围岩大变形能量的控制性释放,因其恒阻值(F)和变形量(Dx)均可单独设计,解决了防冲支护体系中高预应力难施加、易破断及定量化防冲设计的难题,现场应用效果显示,恒阻支护相比原支护围岩变形减少约40%,超前影响范围减少约33%。研究成果可为类似具有冲击倾向性的深部回采巷道支护设计提供借鉴。     

孤岛综放面覆岩空间结构运动与矿压显现特征探讨

53下05(北)是济宁三号煤矿五采区的孤岛综放工作面,地质条件复杂,针对工作面压力较大,围岩变形严重的实际情况,研究了本面与其相邻采空区覆岩空间结构形式及其运动方式,给出了采场覆岩空间结构运动与矿压显现特征规律。     

乳化炸药现场混装技术在防治冲击地压的应用

应用乳化炸药现场混装技术(BCJ-5型装药机)实施大角度上向炮孔机械化装药,成功地实现了煤矿坚硬老顶的预裂爆破,人为地创造应力薄弱带,有效地降低了冲击地压的危害,为防治冲击地压和矿山安全生产提供了技术和装备支持。     

弹性波CT反演识别煤岩体空区实验研究

通过利用多通道超声测试系统和弹性波CT反演方法对内含空区的混凝土试样开展试验研究,试验证明了弹性波CT反演探测空区的可行性,且通过几种不同激发行列间距的排布方式,得到了该试样反演网格长度的最优值。依据反演得到的波速分布,建立了空区识别的相关系数指标及偏差指标,通过8种不同测试方案得出超声波激发传感器在体分布下空区识别效果优于面分布。基于数理统计方法,建立了空区判识数学模型和评价指标,整体空区位置识别准确,空区识别率在30%～40%之间,误识别率在3%以下,判识结果可靠。     

定向水力致裂对煤层顶板三向应力的影响研究

煤层顶板水力致裂是处理坚硬顶板和防治冲击地压的重要技术手段之一，为了研究水力致裂技术对煤层顶板三向应力的影响，通过现场开展煤层顶板定向水力致裂试验，采用光纤光栅三向应力传感器得到了致裂前后顶板岩层的三向应力。结果表明：水力致裂之后，监测断面处顶板岩层三个主应力均有所降低，最大降幅约为20%，而主应力方向变化很小|在工作面坐标系下，致裂部位处各应力分量的降幅受致裂面方位的影响。顶板水力致裂能够显著降低或者转移顶板岩层三向应力，对致裂部位具有良好的卸压效果。研究成果可为现场水力致裂钻孔布置提供参考，并可用于冲击地压防治研究。     

济三煤矿深孔定向水力致裂防冲技术

煤矿坚硬顶板是诱发冲击矿压的重要因素,在系统分析了济三煤矿两起典型冲击矿压发生特点的基础上,指出了济三煤矿矿压特点为坚硬顶板型冲击矿压.针对目前治理坚硬顶板技术还存在明显不足的情况,在引进波兰定向水力装备的基础上,开发了适合济三煤矿条件下的深孔定向水力致裂防冲技术.通过改进供液与送管工艺,实现了此技术的自动化与孔深限制,极大地拓展了技术的效率与安全性.在63下05与53下 07工作面进行了垂直分层与倾斜切断顶板应用,最大孔深达到了20 m,致裂半径10m以上.钻屑法监测结果显示,致裂顶板区域,钻屑量较致裂前明显减少,并均低于临界值.     

上解放层开采解放作用机理数值模拟研究

为实现大埋深冲击矿压煤层的安全高效回采,依据济三煤矿十二采区工作面地质条件及开采参数,对上解放层工作面开采过程中围岩的应力、变形规律进行数值分析及地应力的现场实测分析。研究结果表明:开采解放层会改变被解放层原岩应力分布状态;开采解放层破坏顶底板岩层结构,提前释放高位岩体弹性能,改善被解放层开采中能量积聚与释放的空间分布状况;随解放层工作面的推进,下方被解放层应力会经历采前应力升高、采后应力降低和应力逐渐稳定3个阶段;数值分析结果和现场测定卸压效果基本吻合。研究成果为工作面开采布置提供借鉴,具有一定的理论意义与实用价值。     

近断层地震动对边坡稳定性的影响

为研究近断层地震动特性及其入射方向对边坡地震响应的影响,首先,考虑边坡对地震波的散射规律,提出了一种能够考虑地震波任意角度入射的地震动输入方法,该方法能够准确考虑模型边界两侧的动力相互作用且简单易操作。其次,运用提出的地震动输入方法,通过有限元参数分析研究了地震波入射角对边坡地震响应的影响规律。结果表明:当同时考虑Ｐ波及ＳＶ波入射时,由于两种波形的叠加作用,边坡的放大效应较一种波形单独作用时更加显著,且坡面上加速度分布更不均匀。地震波的入射角能够显著影响边坡的地震响应,随着地震波入射方向与坡面间夹角的增加,边坡对地震动的放大效应越明显,坡面上加速度分布越不均匀。     

基于动静应力分析的复杂工作面冲击危险评价

为在回采前定量评价复杂条件工作面冲击危险等级及划分冲击危险区域,基于冲击矿压发生的动静叠加诱冲原理,以济宁三号煤矿复杂条件工作面为工程背景,提出了基于动静应力分析的冲击危险评价方法。实验室试验研究表明,煤体动力破坏的临界应力与煤的单轴抗压强度密切相关,根据煤体单轴抗压强度,确定了济宁三号煤矿复杂工作面冲击临界应力为70 MPa。采用FLAC3D数值软件,研究了工作面原岩应力与采动支承压力分布规律,得到了静载应力分布曲线。探讨了工作面过断层期间的应力演化规律,根据断层至工作面的距离,将采动作用下断层附近支承压力对冲击影响程度分为4级,即小于10 m时为塑性变形区,10～20 m为冲击弹性区,20～50 m为应力叠加区,大于50 m为原始应力区。采用理论分析,计算了坚硬顶板破断来压的能量释放规律,工作面基本顶破断步距在50 m时,释放能量达到105J,对应动载应力为10 MPa。基于动静载应力水平,给出了冲击危险等级评价与划分标准,将冲击危险性分为4级,动静载最大叠加应力小于50 MPa为无冲击危险; 50～70 MPa为弱冲击危险; 70～105MPa为中等冲击危险,大于105 MPa为强冲击危险。对123下04工作面冲击危险进行了评价与分区,与现场微震监测结果具有较高的一致性,为工作面的安全回采提供了支持。     

复杂采动条件下煤矿巷道围岩稳定性研究

依据济宁三号煤矿的地质条件和资料,采用有限元数值模拟软件FLAC3D模拟了183下05工作面胶带运输平巷先沿底板掘进,183上07工作面后回采;183下05工作面胶带运输平巷先沿顶板掘进,183上07工作面后回采;183上07工作面先回采,183下05工作面胶带运输平巷沿顶板掘进3种不同的183下05工作面胶带运输平巷布置层位与183上07工作面之间的采掘关系方案,得到了不同采动条件下的巷道围岩应力应变情况。结果表明,方案二胶带运输平巷沿顶板掘进巷道两帮垂直应力和水平应力与方案一相比基本一致,两帮位移量出现一定程度的降低,但是底板底鼓量显著增大。方案三巷道两帮的垂直应力明显大于方案一,顶板下沉和巷道底鼓量均明显增大,两帮最大变形量与方案一区别不大。