急倾斜特厚煤层巷道非对称变形机理

针对急倾斜特厚煤层回采巷道出现的非对称变形破坏,采用现场实测、力学建模计算及数值模拟揭示了急倾斜煤层巷道开挖后非对称变形破坏机理,分析了巷道开挖后应力场及塑性区分布特征,提出了可缩性U型钢与非对称性预应力锚杆(索)支护的全新支护加固方案。研究表明:① 巷道非对称破坏表现为坚硬岩层侧帮部沿层理下沉、滑移、内扩,煤体侧帮部挤出帮臌;坚硬岩层侧顶部下沉量大于煤体侧,巷道中轴线偏向煤体侧;② 巷道发生非对称的变形机理为:在非均布载荷的作用下,巷道两侧肩角支座反力的倾角及大小发生变化,坚硬岩层侧支座反力大于煤体侧,倾角为煤体侧大于坚硬岩层侧,坚硬岩层侧帮部在小角度大应力作用下沿层理滑移、下沉、内扩,煤体侧帮部在近乎垂直角度作用力下使帮部煤体挤出帮臌;③ 巷道从坚硬岩层侧向煤体侧弯矩一直增大,剪力呈现为先增大后减小再增大的趋势,且在二次增大时方向改变,方向改变处即为巷道轴线向煤体侧的偏移位置,轴力呈现为抛物线形式的先减小后增大,在非均布载荷作用下的巷道最优合理断面即为“非对称三铰斜拱”;④ 提出可缩性U型钢与非对称性预应力锚杆(索)支护,重点加强巷道煤体侧帮部及坚硬岩层侧顶部支护。     

深井自然风压及采空区漏风特征研究

为保障深水平矿井自然风压的有效控制和利用,采用现场实测的方法,以滕东生建煤矿一采区为例,对自然风压的变化规律及由于其变化导致采空区漏风的现象进行了研究。研究表明:深水平矿井自然风压全年变化规律形如正弦曲线,自然风压的变化导致采空区存在规律性的进漏风趋势变化,当自然风压减小时,采空区密闭处密闭内外压能差变大,漏风趋势明显,出风量增加,若采空区密闭处进漏风趋势为进风,则密闭处进风趋势减弱,甚至反向。当自然风压增大时,采空区密闭处密闭内外压能差减小,进风趋势明显,进风量增加,若采空区密闭处进漏风趋势为漏风,则密闭处漏风趋势减弱,甚至变为进风。     

宽沟煤矿覆岩活动及应力演化的数值模拟研究

研究工作面覆岩活动及应力演化对于防治本工作面的冲击灾害有着重要的意义。本文根据宽沟煤矿实际的地质条件和生产状况，对W114332作面覆岩活动及应力演化进行了数值模拟研究。模拟结果表明：（1）W1143工作面回采受上分层影响显著；（2）当工作面接近上方采空区下方时，煤体应力开始升高，集中程度加大，冲击危险性增加；（3）由于工作面超前支承压力和上层煤残留煤体对下方煤体应力叠加，当w1143工作面距离上层煤果空K水平面的投影20m时，工作面前方应力集中程度达到最大；（4）工作面进入上分层采空区下方后，工作面的危险性开始降低。     

急倾斜特厚煤层回采速度诱发冲击地压实践研究

为研究乌东煤矿急倾斜特厚煤层综放面回采速度对冲击地压的影响,采用理论分析和现场监测的方法,分析了不同回采速度微震事件能量释放特征和构造应力区的能量变化特征,建立了综放面回采速度动态调控方法,并在实际回采中得到很好的应用。研究表明:回采速度与微震事件能量具有相关性,回采速度达到6 m/d时微震事件能量突增,发生冲击地压的可能性大幅度提高。理论计算得出构造应力区发生冲击地压临界值为1.29×105J,回采速度从4 m/d增加到6 m/d,应力梯度区和高应力区的能量突增,且速度为6 m/d应力梯度区的能量变化最明显。同时基于日微震事件特征和单位推进度微震事件特征确定的动态调控阈值,为实现急倾斜特厚煤层综放工作面安全开采提供科学依据。     

巷道防冲支架吸能构件屈曲吸能可靠性研究

薄壁预折纹方筒是目前矿井下使用的吸能防冲液压支架的核心吸能构件,其屈曲让位吸能的可靠性对支架的防冲功能具有决定性作用.为探究预折纹方筒实际应用时的可靠性,提出4个指标作为其评价依据,即屈曲临界力、让位阻力降、比吸能和菱形折纹变形数量,并通过室内试验和现场监测研究1:1的预折纹方筒吸能构件的这4个指标.室内试验得到:预折...     

特厚煤层综放工作面回采巷道支护技术研究

为解决神新公司宽沟煤矿巷道支护问题,综合利用理论分析、数值模拟和现场实测方法,对巷道锚杆支护方案进行优化。工作面开采过程中,运输巷受到超前垂直应力升高影响的范围约为55m,回风巷受到超前垂直应力升高影响的范围约为70 m,邻近工作面回采造成运输巷应力升高明显,回风巷围岩应力较低;针对2条巷道的应力状态及塑性区分布,分别设计了支护方案;优化支护方案较原支护方案,回风巷与运输巷顶板下沉量减小了20%和27%,工作面帮位移减小了44%和37%,煤柱侧位移减小了3%和15%。优化方案提高了巷道支护效果,且支护材料总成本降低10.1%,为神新能源公司宽沟煤矿的安全高效生产提供技术支撑和安全保障。     

基于地音监测的近直立煤层冲击地压前兆特征研究

为了解决近直立煤层冲击地压监测预警的难题,以乌东煤矿近直立煤层为工程背景,研究+450水平B3+6综放工作面历次冲击地压前后地音事件能量和频次的演化规律,识别冲击地压前兆信息。结果表明:冲击地压造成的巷道破坏位置主要集中在超前工作面0~200m,且B6巷破坏程度大于B3巷,破坏形式以帮鼓为主,冲击地压主要影响因素为B6巷顶板岩层以及B3+6和B1+2煤层之间的岩柱;在冲击地压发生前,地音事件活动性经历一个平静期向强烈期过渡的过程;地音活动性由平静向强烈突然转变的现象可以作为冲击地压前兆信息。     

急斜采动夹持岩柱能量异化特征及其调控方法

近年来,随着采深的逐渐增加,新疆乌鲁木齐矿区急倾斜采场围岩能量异常积聚诱发冲击地压问题愈发严重.通过对历史冲击事件及现场微震事件"能量-频次"分布特征进行致灾因素分析,发现夹持岩柱是采动影响下弹性能"蓄积-释放"的主要优势区域,微震能量大于105 J的事件中夹持岩柱占比为47％,B3+6煤层及其顶底板中分布了87％的微震事件和74％的大能量.基于现场勘查及物理相似模拟实验揭示了急斜层间夹持岩柱能量场演化规律:进入深部后微震事件向夹持岩柱区域集中,弹性能多以低能量微震进行释放.结合三维数值计算发现即将开采的+425水平B3+6工作面回采时冲击风险较高,此水平夹持岩柱存在明显的能量异常蓄积区;综合分析将330 m(+500水平)界定为南采区深部开采临界深度,并提出夹持岩柱能量场调控措施.现场监测发现当爆破孔间排距为10 m时,采动影响区域能量指标发生明显变化:日均微震能量下降了78.1％,日均微震事件数下降了62.1％,调控后103～104 J能量事件数明显减少,且微震事件分布更加分散,说明对夹持岩柱所进行的调控方案可以明显降低大能量微震事件及高集中应力,有效缓解了乌东煤矿南采区急倾斜煤层的冲击地压显现问题.     

近直立煤层冲击地压微震监测前兆信息规律研究

以乌东煤矿近直立煤层+450水平B3+6综放面为工程背景,对冲击地压发生前的微震事件时空演化规律展开研究,旨在识别近直立煤层冲击地压前兆信息,建立了反映煤岩体能量释放异常程度的微震能量和频次偏差值指标,分析了冲击地压发生前微震能量、频次、偏差值及空间分布的演化规律。结果表明：冲击地压发生前,每日微震累计能量会剧烈波动并下降到一个较低值,微震频次则出现急升急降的变化,微震能量偏差值往往出现较高值,该值一般大于20,微震频次偏差值会经历一个峰值,该峰值大于0.8|微震事件在空间上向回采工作面集中,且大能量事件增多。研究结果对B3+6综放面及类似近直立煤层的冲击地压监测预警具有一定的借鉴意义。     

自然风压作用下工作面采空区漏风特征研究

以乌东煤矿南区+450m水平B_(1+2)煤层工作面为例,分析了自然风压变化规律,结合进风巷风量变化现场实测数据,定性说明自然风压对工作面的实际影响;通过求风速投射面积间接估算漏风量及漏风分布,结合现场实测和曲线拟合方法,对自然风压变化引起的工作面后方采空区漏风现象进行定量研究。研究结果表明:乌东煤矿南区自然风压变化会对其通风系统内的各分支及矿井主要通风机工况点产生明显影响;自然风压变化是影响B_(1+2)工作面进风巷风量变化的主控因素;冬季由于自然风压较大,导致进风巷风量变大,漏入采空区风量比夏季漏入风量多,风流在采空区内部流速更快,采空区内部流场分布范围更广。