动静加载下煤的破坏特性及机制的试验研究

动静加载下煤的破坏特性及机制是研究动载冲击地压机制的基础问题,利用改进的霍普金森杆对该问题进行试验研究。首先,通过试验结果的回归分析发现煤在动静加载下有其不同于均质致密岩石的独特的破坏特性。然后,通过对试验结果的讨论对动静加载煤的破坏机制进行分析,发现较多裂隙的存在是导致独特破坏特性的主要原因。破坏模式以裂隙脆性扩展为主;动载的作用主要是使裂隙扩展,进而发生破坏;而静载的作用主要是改变原生裂隙的数量和裂隙尖端的蓄能。最后,基于试验结果对动静加载下煤的冲击危险性进行分析,得出动静加载下煤具有临界静载和最优动载;并将动静载荷下煤的强度作为动载抵抗指数,用来反映抵抗动载能力的强弱;将碎片的分维值作为动载冲击能量指数,用来衡量动载冲击破坏的剧烈程度。     

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。     

基于微震和地音监测的冲击危险性综合评价技术研究

采用微震和地音监测系统对千秋煤矿煤岩震动信息进行了联合监测,研究确定了千秋煤矿评价冲击危险性的微震和地音指标。根据微震和地音系统不同的监测对象和监测区域,建立了千秋煤矿基于微震和地音监测的冲击危险性联合评价模型,提高了冲击地压的预测水平。     

冲击矿压综合防治技术体系及应用

分析了目前在冲击矿压危险评价、监测手段及防治方法研究中存在的问题,提出建立一套冲击矿压综合防治技术体系。该体系建立在以地球物理探测方法为主的实测基础上,以地质构造异常探测、冲击危险源识别和剩余能量消耗为特征,对冲击矿压危险进行分阶段和分区域评价及防治。工程实践表明,该体系能对冲击矿压进行有效预警并能预防和减弱冲击矿压的危害,达到保证人员和设备安全的目的。     

冲击地压危险源层次化辨识理论研究

 采用理论分析并结合现场案例,指出冲击地压发生前存在潜在危险源,并将广义危险源概念引入冲击地压监测中,定义冲击地压能量积聚至破坏启动的区域为冲击地压危险源,进一步分析冲击地压危险源具有触发因素、潜在危险性和发展趋势3个要素,指出一切冲击地压监测的统一目标为及时、准确地辨识到冲击地压危险源。对冲击地压危险源产生的时空状态进行分析,为不产生盲区,提出对冲击地压危险源进行时空上的层次化辨识,并且建立理论应用模型,在华丰煤矿分别选用微震监测技术、地音监测技术和煤体应力监测技术,分井田范围、工作面范围和局部危险点进行全矿井冲击地压危险源辨识。实践证明该理论可提高现场监测效率、并有效指导现场对于冲击地压显现的预测。     

近距离煤层掘进巷道过终采线冲击地压防治技术

为了防治掘进巷道的冲击地压,首先确定了其主要自然影响因素为煤体的强冲击倾向性、水平地应力和坚硬厚层顶板。根据现场冲击地压发生的位置,采用数值模拟分析了掘进巷道过上层煤工作面终采线区域的应力分布,确定了多次采动应力叠加是冲击地压发生的力源因素。根据现场微震监测结果,认为高位坚硬顶板破坏释放的能量进一步加剧煤体应力集中是冲击地压发生的诱发因素。将后续掘进区域分为强冲击危险区域和一般冲击危险区域,并提出了在强冲击危险区域进行加强支护和大孔径钻孔结合煤体松动爆破的解危措施,在一般冲击危险区域采用煤体预注水的方式进行超前卸压。现场电磁辐射监测结果证实,强冲击危险区域的电磁辐射强度和脉冲均明显高于一般冲击危险区域,同时表明冲击地压解危措施效果明显,保证了后续掘进的安全。     

特厚近直立煤层上覆煤柱诱发冲击地压的机制研究及应用

通过建立特厚近直立煤层开采中上覆煤柱的力学模型与数值模型,分析了上覆煤柱及其围岩的力学状态,得出上覆残留煤柱的存在对冲击地压有明显影响,其诱发冲击地压的机制为在高水平应力作用下,在煤柱边缘形成剪切区,剪切区的煤岩层存在应力集中并积聚了大量的弹性能,容易失稳诱发冲击地压。通过分析高能量微震事件的分布规律及冲击显现的震源定位,验证了煤柱诱发冲击地压的机制。针对这一诱发机制,对剪切区应用岩层注水及煤岩深孔爆破措施,有效地降低煤柱剪切区的应力集中程度,使煤岩层平稳地释放弹性能,降低了冲击危险性。     

焦坪矿区坚硬顶板冲击矿压发生机理与防治对策

根据焦坪矿区覆岩的赋存特征,类比了其他矿区的冲击矿压案例,提出了焦坪矿区潜在的重大冲击灾害性。以具体工作面为例,参考已有的煤岩体冲击倾向性和物理力学性质实测结果,结合顶板运移实测结果,以冲击矿压发生的三因素理论为指导,从冲击倾向性、力源因素、煤岩体组成结构等三方面论证了孕育冲击矿压的成熟条件,在此基础上提出了有针对性的防冲措施。     

基于FLAC^3D的边坡单元安全度分析及应用

为改进传统边坡稳定分析中安全系数的定义不适合于具有多个坡面的复杂边坡的缺陷,引入静载强度分析中对点安全系数的定义,结合FLAC^3D数值模型,提出了边坡单元安全度的概念．采用FLAC^3D内嵌编程语言FISH编写了单元安全度的计算模块,得到了边坡各单元安全度的分布．采用这种方法对平朔安家岭露天煤矿边坡下的井工开采进行了数值模拟．结果表明：在井工开采影响下,露天煤矿边坡可能会出现“圆弧-顺层”的滑坡模式;在开切眼附近坡体地表形成大范围的拉破坏区,单元安全度小于1的地方均位于坡体台阶受拉处,最小单元安全度为0．88,出现在南端帮边坡;井工开切眼位置应远离边坡体．     

近直立特厚两煤层同采冲击地压机理及防治

针对急倾斜特厚煤层特殊的赋存条件和开采技术条件,基于区域构造应力特征和地应力实测结果,建立了急倾斜特厚煤层水平分段开采两侧采空岩柱的外伸梁力学模型,分析得到了近直立特厚水平分段两煤层同采条件下两侧采空岩柱对煤体的"撬杆效应"构成了冲击地压的力源并获得其表达式,提出了由于该力源作用在煤体上产生的应力随时间的变化率达到或超过煤体的动态破坏应力指数而发生冲击地压的致灾机理。数值模拟结果和现场微震统计结果表明,主要受水平构造应力影响下的两侧采空岩柱在开采水平以下出现了应力集中和能量集中区域。据此提出了在开采水平超前工作面定期通过爆破和高压注水降低岩柱应力集中程度进行冲击地压解危,效果检验表明防治效果显著。