煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别与综合预警模型研究

针对冲击矿压的有效监测预警难题,利用实验室声发射和采场微震监测手段,开展了煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别研究,提出了一种基于微震前兆指标体系的冲击矿压综合预警模型。以陕西彬长胡家河煤矿为例,首先通过现场取样开展了煤样单轴加载的声发射试验,识别选取了b值、缺震、A(b)值、断层总面积、活动度S和等效能级参数6个煤岩灾变破坏的前兆敏感指标;其次,结合401102工作面的历史冲击案例及其全过程的微震监测数据,采用统计学方法进行标准化计算确定各指标异常系数,并以此作为模型输入,发展了以混淆矩阵与高斯隶属判别函数联合的模糊综合评判模型作为智能融合运算的分级预警模型,实现了以客观数据驱动为主的指标权重自适应智能调整,以及以无、弱、中、强4个危险等级标识的概率及综合智能预警模式;最后,根据接续402103工作面回采过程中的两次冲击实例验证了综合预警模型的有效性,为现场冲击矿压的有效综合预警提供了一种思路和方法。     

深井冲击地压回采巷道围岩变形破坏规律研究

为了掌握深埋坚硬特厚煤层冲击地压作用下的巷道围岩变形规律，为深部矿井深化冲击地压防治提供依据，采用理论分析、FLAC3D数值模拟及现场试验等综合手段，研究了胡家河煤矿回采期间受冲击地压影响的402102工作面回风巷围岩冲击变形破坏机制及破坏规律。研究结果表明：深部条件下回采扰动达到一定程度后，巷道围岩变形会急剧增长，距离工作面越近，变形变化趋势越大，顶板围岩受超前支护影响变形趋于平缓，最大围岩位移量达180mm|在距离工作面前方45～55m范围内，巷道围岩受采动影响剧烈，围岩变形明显，主要表现为顶板及煤柱侧围岩变形，且顶板围岩塑性区破坏深度达3m以上。     

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。     

陕北黄土沟壑区下安全采煤模拟实验研究

陕北矿区属于典型的复杂沟壑山区地貌,地下煤炭资源的大规模开发加剧了原本脆弱的生态环境。文章以冯家塔煤矿为研究对象,在分析矿井的采矿地质条件及矿区塌陷现状的基础上,通过物理相似材料模式试验,研究了地下采煤过程中覆岩移动变形的发育规律,揭示了山区沟壑边坡从裂缝出现、不断发育直至发生崩塌变形破坏的整个演变过程,为矿区沟壑山区地表塌陷灾害的控制与防治奠定了基础。     

关于下沉时间函数模型的探讨

简要介绍了地表下沉时间函数的几种模型,对目前应用较多的时间函数模型进行了对比分析,指出了各个模型的特点及其适用性,从而建立正确的地表下沉时间函数模型,推动环境工程研究工作的发展。     

回采速度对坚硬顶板运动释放能量的影响机制

坚硬顶板破断释放的弹性能是冲击矿压的主要能量源之一,针对回采速度对坚硬顶板破断释放能量的影响机制,运用理论分析结合现场监测手段,对垮落带内的顶板悬臂梁结构,建立了基于弹性地基假设的三角增压载荷悬臂梁模型,推导得到回采速度控制下顶板梁的下沉量、弯矩及弯曲弹性能密度的解析解。对距煤层较近的低位未触矸破断式砌体梁结构,建立回采速度影响下的回转角与破断步距及破断释放能量的解析式,并进行讨论得到结论:加快回采速度使顶板悬臂梁的悬臂长度L和峰值应力集中系数a增加,使峰值距煤壁位置x0减小,3者均能造成顶板弯曲变形能增大,释放弹性能增加,且悬臂长度L和应力集中系数a影响效果更为明显;高速回采造成采空区充填程度低,促使关键块B的回转角增大,造成关键块A的破断步距增大,破断释放的能量也大幅增加,甚至促使原本为低位未触矸破断的砌体梁结构变为高位悬臂梁结构,其破断释放的弹性能更大,大能量矿震产生的动载易叠加高静载煤体诱发冲击,同时使超前段顶煤支护失效,造成冒顶事故;通过对关键层及围岩结构的判别,证实了两种坚硬顶板的破断模式,且微震监测表明坚硬顶板破断释放大能量矿震与回采速度有明显的正相关性,并得到坚硬顶板条件大采高工作面临界回采速度为4 m/d,科学指导了胡家河矿的开采强度优化。     

综放开采冲击矿压诱发机理相似材料模拟

针对某矿地质采矿条件,根据相似理论,对其综放采场围岩破坏高度与形态、底板支撑压力的变化规律、关键层破断特征、覆岩结构演化过程进行相似材料模拟实验,分析关键层的上覆荷载和覆岩结构类型,研究覆岩结构演化规律与冲击矿压的相关性,揭示覆岩结构破断失稳诱发冲击矿压发生的机理。结合现场的实际情况,提出治理该矿冲击矿压的一些有效措施。     

松软不稳定煤层综采工作面煤壁片帮机理及防治研究

为了研究松软不稳定煤层条件下煤壁片帮严重问题,针对策底矿综采面煤壁片帮和端面冒落特征,分析了煤壁片帮的现状和影响因素。研究了煤壁的受力特征,建立其力学模型,探究了煤壁片帮的机理,提出了几种煤壁片帮治理方案,综合对比分析后,采用了以煤壁注马丽散方式为主,优化综采工作面参数为辅助手段的综合防治措施。现场试验结果表明,实施煤壁片帮综合防治措施后,片帮深度超过0.7m的严重片帮完全消除,片帮范围由占工作面总长度约35%降低到5%,片帮发生几率明显降低,保证了工作面正常回采,经济、安全效益得到显著提高。     

综放大煤柱临空侧巷道密集区冲击地压机制研究

冲击地压矿井临空侧采动巷道大多存在冲击危险,针对综放大煤柱临空侧巷道屡次冲击的工程难题,结合"两带"高度,建立考虑开采沉陷参数的临空侧向覆岩结构模型,理论估算侧向支承压力大小,明确临空巷静载力源及控制矿压的亚关键层;根据采动矿压监测的顶板破断动载特征,利用理论和数值模拟揭示破断动载叠加多因素静载后临空侧巷道应力和能量的激增机制,得出结论:侧向覆岩结构传递的增压载荷导致侧向煤柱区域应力、能量基础值大幅提升,多因素累积叠加后易诱发冲击;坚硬顶板破断动载与多因素静载叠加后,超前距20～40 m内回风巷帮部垂直应力峰值陡升至56～63 MPa,相比纯静载提高约23％,弹性能密度峰值激增至3.0～3.5 MJ/m3,相比纯静载提高约40％,动载对能量的增益作用大于应力;动静载叠加后超前距0～40 m范围内回风巷帮部冲击驱动区发生了卸荷释能,证明帮部煤岩体发生冲击破坏,与实际现场相符.基于冲击机制,提出并论证了针对动静载荷的优化防治措施,为相似工程防冲难题提供借鉴.