煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术

建立了冲击地压巷道"应力-围岩-支护"力学模型,得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力,停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。基于巷道围岩与支护体动力响应分析发现,冲击地压发生过程中围岩阻尼特性、锚固岩体的抗冲击吸能特性及巷内支护体的阻尼及刚度对冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性具有重要影响。提出巷道冲击地压防冲支护应从静-动力学两个角度,同时考虑"启动—破坏—停止"全过程。①在冲击启动前,依据冲击启动的应力条件降低煤体应力,减少弹性能积聚,提高支护阻力,增加启动难度;②依据冲击停止的能量条件,在冲击过程中,通过改变煤岩体结构与介质属性,吸收或消耗冲击能;③在冲击应力波传播的末端,通过提高巷内支护结构阻尼吸收剩余冲击能,减弱冲击应力波对巷道支护结构的破坏。提出冲击地压巷道支护结构应具有让压可缩与吸能特性,防冲支护应根据冲击地压能量特性进行分级设计。研发了吸能锚杆索、吸能O型棚、吸能液压支架等吸能支护装备,利用吸能构件的结合及功能互补特性建立了三级吸能支护体系,三级吸能支护系统具有径向让位、环向可缩以及轴向稳定特性,实现了冲击地压巷道三维立体吸能支护。     

煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论基础与关键技术

煤岩层赋存条件决定了煤矿深部开采条件下煤岩动力灾害的发生机理更趋复杂、防控难度显著增大,如何解决煤矿深部开采煤岩动力灾害防控问题,直接影响我国煤矿的安全生产和能源的有效供给。针对"煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究"这一科学命题,基于冲击地压"三因素"机理和煤与瓦斯突出的综合作用假说,从煤岩动力灾害防控理论基础、关键技术和防控实践等3个方面,梳理澄清了煤矿煤岩动力灾害防控中的一些模糊概念,建立了用于统一描述冲击地压和煤与瓦斯突出发生机理的广义"三因素"("物性因素"、"应力因素"及"结构因素")理论,确定了我国煤矿典型冲击地压的4种类型(煤层材料失稳型、煤层结构失稳型、顶板断裂型、断层滑移错动型),分析了影响冲击地压和煤与瓦斯突出的主要因素,从思想认知、原则方法及技术核心等方面凝练了煤岩动力灾害多尺度分源防控技术,提出了深部开采冲击地压巷道"三级"吸能支护思想与成套技术,开发了煤与瓦斯突出井上下联合抽采防控技术和超高压水射流"横切纵断"防治复合煤岩动力灾害技术,并在现场开展了应用试验。煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论与关键技术的建立与完善,为我国今后煤矿煤岩动力灾害的防治提供了科学依据。     

冲击地压、岩爆、矿震的关系及其数值模拟研究

全面论述了冲击地压、岩爆与矿震现象，对其进行了具体定义，指出三者之间的关系。采用数值计算手段对冲击地压与岩爆现象进行对比分析，指出它们的异同。在此基础上，建议对“冲击地压一、“岩爆”和“矿震”这3个术语区别使用。     

采动覆岩裂隙场三维形态特征及其渗透特性研究

采动覆岩裂隙场形态及其渗透特性的研究是防治矿井顶板水害和抽采卸压瓦斯的基础.本文综合3DEC模拟结果和前人研究成果,初步构建了"采动裂隙环形体"三维模型及其边界判别方法;结合水力学中裂隙岩体渗透率的求解方法构建了裂隙场渗透率计算模型,并通过现场实测对回风环体的渗透率进行了间接求解.研究结果表明:"采动裂隙环形体"以离层率3 mm/m为内边界,以水平变形指标5 mm/m为外边界,以断裂带最大高度为上边界;环体-垮落带的渗透率应使用Blake-Kozeny公式求解,环体-断裂带的渗透率应使用立方定律求解.实测结果表明:回风环体-垮落带的渗透率为4.43×10-5～2.77×10-4 m2;回风环体-断裂带的渗透率为3.81×10-8～3.01×10-5 m2;回风环体-断裂带渗透主方向与回风巷走向近似一致.     

煤岩冲击倾向性研究

 基于大量试验数据,系统分析煤岩冲击倾向性各种指标的相关数据,并针对现有行业标准中关于煤岩冲击倾向性评价存在的问题,提出将煤的单轴抗压强度作为评价煤层冲击倾向性的新指标,并给出判据;对原煤矿顶板岩层冲击倾向性指标的适用性进行分析,并指出不足,提出并推导出新的基于简支梁模型的顶板岩层冲击倾向性计算公式及其界定指标;分析脆性系数、含水率等与冲击倾向性之间的相关性。研究结果表明,煤的单轴抗压强度可以作为煤层冲击倾向性评价指标;依据简支梁模型确定的弯曲能量指数的计算公式,其计算结果与现场实际情况相吻合。     

我国煤矿冲击地压特点及防治技术分析

为了全面掌握目前我国冲击地压的发生情况和防治现状,统计分析了近年来我国冲击地压发生的区域、条件、特点以及防治手段和效果。分析结果表明:随着我国煤矿采深的日益加大,冲击地压灾害将越来越严重;坚硬厚层顶板条件和断层、褶曲等构造是冲击地压发生的主要地质因素;开采形成的煤柱应力集中和动载是冲击地压发生的主要开采技术因素。针对目前研究中存在的问题,建议采用物探方法量化地质构造因素的影响并考虑深部条件下瓦斯对冲击地压的影响;研究对冲击地压监测多源数据的综合处理方法;重视对防冲开采设计方法和巷道防冲能力的研究。     

煤的直接单轴拉伸特性的试验研究

在实验室条件下 ,成功地开展了煤的直接单轴拉伸特性的试验研究 ,分析了加载速度对抗拉强度、弹性模量的影响 ,探讨了直接单轴拉伸条件下煤的弹塑性特征及其各向异性特征 ,并与单轴压缩和压裂拉伸试验结果进行了对比分析     

地音监测技术及其在矿压监测中的应用研究

在总结我们的研究成果基础上，较全面地介绍了我国地音监测技术的研究现状及其在冲击地压预测预报、顶板动态监测方面的应用实践。研究与实践的结果表明，经过１０多年的研究和应用，我国地音监测技术获得了很大发展，地音监测技术在矿压中的应用已达到了实用阶段。     

矿山压力与地音

本文概要地从地音角度探讨了矿山压力及其显现。通过研究认为，从地音角度研究矿山压力，进而预测预报以及控制矿山压力是完全可行的，实践的效果也是良好的。在北京矿务局门头沟煤矿厦山东省枣庄矿务局陶庄煤矿几年来的实践，得出了用地音预测、预报冲击地压发生的规律。     

冲击危险性厚煤层综放开采冲击地压发生机理

基于冲击地压对深部综放开采工作面安全高效生产的严重影响性,采用有限差分软件FLAC3D研究采煤方法(包括大采高开采)对冲击地压形成的不同影响作用,分析综放开采的合理采放比及综放工作面冲击地压发生的机理。研究表明对于冲击危险性特厚煤层采用综放开采是有利于冲击地压防治。支承压力集中程度仍然超过塑性区煤体强度极限和采空区以暂时稳定梁或者其它形式积聚了大量的弹性能量的瞬间释放是综放工作面冲击地压时有发生的原因。