我国煤炭深部开采冲击地压特征、类型及分源防控技术

我国煤炭资源大规模步入深部开采,深部开采冲击地压事故频繁发生,为了厘清深部开采冲击地压特点、启动类型以及防治与浅部开采的区别,为深部开采防治冲击地压提供理论与技术指导,以我国煤炭资源深部开采冲击地压特征研究为切入点,从诱发冲击地压的载荷源角度,结合工程实例,建立力学模型,研究提出了我国深部开采冲击地压的3种类型,最后提出了深部开采巷道冲击地压动静载荷分源防控方法。结果表明,我国煤炭深部开采冲击地压特征总体表现为因基础静载荷充足,发生门槛降低,冲击显现位置点多面广,发生原理隐蔽性、自发性、时滞性占比大,防治范围扩大,应力恢复快,高强度、长时效卸压要求突出;将我国煤炭深部开采冲击地压划分为3种类型,即深部动静载叠加型、深部高静载加载型、深部高静载卸荷型。深部动静载叠加型,因深部煤炭资源高地压环境,与浅部相比,较高的基础静载荷获得微动载扰动、叠加可发生冲击地压。深部高静载加载型冲击地压,其静载荷缓慢对极限平衡区加载过程冲击是材料失稳,导致工程结构体结构动力失稳的结果,而深部高静载卸荷型冲击地压,其高静载荷最小阻抗带减小,静载荷卸荷过程是围岩结构稳定性遭到破坏,导致工程结构体材料动力失稳的结果...     

开滦深部工作面冲击地压监测与防治技术应用

为了能够实现开滦矿区深部冲击地压的有效监测与防治,本文在掌握开滦矿区发生冲击地压主控因素的基础上,通过总结开滦矿区在冲击地压防治过程中所积累的一些经验并参考国内外先进的冲击地压防治技术,构建了具有信息互馈和持续优化机制的全矿井-采区-工作面-局部的多级冲击地压监测和防治系统;基于开滦的实际地质构造和实际开采情况,提出了适用于开滦矿区深部煤层的冲击地压防治技术,包括优化开采设计和开采保护层的区域性技术措施,以及基于缺陷法原理的局部卸压措施和以改善局部应力环境的支护措施。     

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...     

深井煤岩动力灾害的连续卸压开采防治机理

深井煤岩动力灾害的防治理论与技术一直是煤矿安全开采领域的重要研究方向之一,但一直没有取得重大突破。基于目前我国煤矿深部开采面临的煤与瓦斯突出、冲击地压、巷道围岩大变形、承压水开采等重大灾害现状,聚焦煤与瓦斯突出以及冲击地压,借鉴煤与瓦斯共采的卸压开采机理,提出了卸压开采防治煤与瓦斯突出以及冲击地压的机制。展望了深部动力灾害控制的研究方向,认为现场试验、物理模拟、数值模拟和虚拟现实相结合的系统研究是研究深部动力灾害控制的有效手段和途径。     

急倾斜特厚煤层冲击地压防治探索与总结

急倾斜特厚煤层开采顶板破断运动复杂,应力和能量演化规律特殊,在深部“三高一扰动”影响下,冲击地压防治不容乐观。基于某矿2016年冲击地压事故后急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压防治经验,从急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压发生机理、瓦斯突出与冲击地压综合防治和冲击地压管理详细介绍了该矿7年来急倾斜特厚煤层冲击地压防治经验。冲击地压发生机理方面,建立了顶板岩层倾斜悬臂梁模型,揭示了顶、底板覆岩结构破断失稳演化过程,划分了夹持煤体受力状态分区,提出了急倾斜特厚煤层冲击“夹持理论”。瓦斯突出与冲击地压综合防治方面,基于冲击地压灾害控制解危技术的强度弱化减冲理论,结合原有防突措施体系,提出了既能防冲且对防突有利的解危措施,形成了某矿瓦斯/CO2突出-冲击地压“双防”技术体系,建立了适用于某矿急倾斜特厚煤层水平分段开采的冲击地压防治体系,以钻屑量和瓦斯吸解值验证了瓦斯突出防治的强度保障,同时以加强实施卸压措施工作面的微震事件分布及各能级总频次和能量对比,论证说明了卸压方案防治效果的有效性。冲击地压管理方面,形成了预测评价、监测预警、治理预防、效果检验、安全防护和教育培训“六位一体”综合防治架构,...     

煤矿深部开采冲击地压监测解危关键技术研究

针对煤矿深部开采冲击地压监测防治难题,采用理论分析、数值模拟、室内试验和现场监测相结合的综合研究方法,研究了深部应变型、断层滑移型和坚硬顶板型三类冲击地压的致灾机理,提出了煤岩组合冲击能速度指数和卸围压冲击能速度指数两个新指标,建立了与冲击地压类型相适应的煤岩冲击倾向性评价体系,获得了深部开采三类冲击地压的前兆信息特征,给出了以深部开采冲击地压类型为导向的监测预警及组合式卸压解危方法,研发了钻孔施工与预警同步一体化技术。结果表明:① 深部应变型冲击地压是围岩系统能量积聚大于能量释放与耗散之和的结果;与浅部开采相比,深部坚硬顶板破断释放的变形能明显增大,以及深部断层更易发生错动滑移;② 深部应变型和深部坚硬顶板型冲击地压的冲击倾向性评价需在国家标准基础上分别增加卸围压冲击能速度指数、煤岩组合冲击能速度指数,而对于深部断层滑移型冲击地压,这两个指标均需增加;③ 深部应变型和深部坚硬顶板型冲击地压监测预警应以能量和应力判据为主,但深部断层滑移型冲击地压应以能量判据为主;④ 深部应变型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、大直径钻孔、断底和煤层注水;深部坚硬顶板型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、深孔断顶爆破、大直径钻孔、断底和煤层注水;深部断层型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、大直径钻孔和煤层注水;⑤ 采用钻孔施工与预警同步一体化技术,可在钻孔施工过程中通过监测煤粉量和应力变化信息,对施工过程中可能发生的冲击危险进行同步预警。煤矿深部开采冲击地压防治作为一个复杂的系统工程,以科学分类为基础的系统防治技术体系仍是深部开采冲击地压需要重点攻关的研究方向。     

煤矿深部开采冲击地压应力控制技术理论与实践

随着煤矿进入深部开采冲击地压显现愈发严重,我国现已成为受冲击地压灾害最为严重的国家。根据深部开采的特点划分冲击地压类型,制定高效合理的冲击地压防控方案,指导现场防冲工作成为亟待解决的问题。以深部开采煤岩体所处的应力状态为基础,提出了深部典型冲击地压和非典型冲击地压的划分方法,并对深部开采冲击地压的影响因素进行深入分析。基于理论分析、数值模拟、现场实测等方法,确定了深部开采较浅部开采具有明显差异,即:深部开采原岩应力水平更高,煤岩体所受三向应力差异更大;采动超前应力集中程度与超前应力影响范围均明显增大;煤岩体更易受到外部扰动发生失稳破坏。结合地质因素和开采因素综合分析,明确了深部典型冲击地压发生的必要条件是高原岩应力与强烈的采动应力,深部非典型冲击地压发生的必要条件是较高的原岩应力、强烈的采动应力与外部应力扰动。基于应力控制理论,建立了深部开采冲击地压防控技术体系。提出了"煤体大范围卸压、顶底板适当处理、强力支架支护"的深部典型冲击地压防控策略和"煤体局部卸压、顶板大范围处理、加强支护"的深部非典型冲击地压防控策略。针对2类矿井分别开展了现场工程实践,实现了冲击地压的高效防控,为深部冲击...     

煤矿深部开采冲击地压灾害结构调控技术架构

煤矿冲击地压灾害频发依然严重制约煤炭深部安全高效开采,冲击地压灾害研究需将发生机理、监测预警及综合防治相互关联,建立深部开采冲击地压综合防治体系.以冲击地压防治为目的,提出了冲击地压灾害防治的结构调控理念、科学内涵以及冲击地压结构调控技术路线,分析认为煤岩体结构是导致围岩应力场演化的根源,系统结构变化是引起应力变化及转...     

深部不规则大孤岛工作面冲击地压预测与防治技术

以开滦唐山矿深部、形状不规则、大孤岛冲击煤层工作面为试验研究对象,研究了该地质开采条件下的冲击地压现象的发生机理、冲击地压预测与防治方法、工作面安全开采条件等;建立了深部不规则大孤岛工作面条件下冲击地压现象预测与防治理论体系.利用现场试验、计算机数值模拟和理论分析等手段,初步掌握了深部不规则大孤岛工作面复杂条件下冲击地压发生的机理、冲击地压预测方法,通过试验得到解决深部不规则大孤岛工作面冲击地压的新方法.     

我国冲击地压矿井类型及防治方法研究

针对我国煤矿开采深度增加和采掘范围扩大,导致冲击地压灾害强度和频度明显增加的问题,总结分析了冲击地压发生的条件,认为只有同时满足内在条件、结构条件和应力条件时才会发生冲击地压。根据我国煤矿近年来冲击地压发生的条件和特点,将冲击地压矿井分为浅部冲击地压矿井、深部冲击地压矿井、构造冲击地压矿井、坚硬顶板冲击地压矿井和煤柱冲击地压矿井5类。在深入分析不同矿井引发冲击地压力源的基础上,提出浅部冲击地压矿井的主要防冲措施是按顺序开采及控制顶板压力;深部冲击地压矿井的主要防冲措施是开采保护层,按顺序开采以及控制开采强度;构造冲击地压矿井主要采用长钻孔卸压的方法防治掘进期间冲击地压;坚硬顶板冲击地压矿井主要通过控制空顶长度防治冲击地压;煤柱冲击地压矿井主要采取诱发卸压措施防治冲击地压。     

高低硫煤配煤系统技术改造

针对辛置洗煤厂入洗高低硫煤人工配煤,准确度低,不及时,经常出现精煤硫分波动,造成销售损失,提出改造配煤系统方案.改造后,保证了配煤硫分达到要求指标(＜10 %).     

煤与瓦斯(CO2)突出矿井揭煤技术

介绍了海石湾矿井借鉴煤与瓦斯防突技术,实现煤、气、油共生突出矿井上山安全揭煤的方法。     

榆木桥煤田聚煤古构造及含煤性

通过聚煤古构造的研究,分析了影响榆木桥煤盆地含煤段形成时的控制作用,探讨了含煤段与含煤性及煤田构造形态与聚煤古构造的关系,对煤矿开采及煤田外围普查、预测具有指导作用。     

脱硫脱硝炭原料煤煤质特性研究

针对大同煤矿集团公司5个矿区大同侏罗纪煤炭资源赋存现状,研究用于制备性能优良的脱硫脱硝活性焦产品的优质原料煤特征,确定用于制备活性炭的优质原料煤煤种,选定煤源地后以便于保护性开采。     

烟煤型煤与原煤渗透特性差异的试验研究

为研究煤体渗透性实验中型煤和原煤的差异性,选择唐山矿和钱家营矿区的烟煤原煤和型煤煤样,通过渗流实验平台对原煤和型煤的渗透性进行试验研究。试验研究了围压对型煤和原煤渗透性的影响差异;以及围压和气体压力不变的情况下,煤样在不同含水率的条件下,水分对型煤的渗透率影响。试验结果表明,型煤和原煤的渗透性随着围压的增大而减小,型煤渗透性优于原煤,水分对型煤渗透率影响较为明显,渗流实验中煤样的选取对结果有着较大的影响。     

特厚煤层工作面顶煤冒放性评价及放煤工艺

顶煤冒放性与放顶煤工艺设计密切相关,以塔山煤矿特厚煤层为工程背景,采用隶属度评价方法进行了顶煤冒放性评价。结果显示,一盘区8117工作面和二盘区8209工作面顶煤冒放性好,二盘区8234工作面和三盘区8303工作面顶煤冒放性一般。基于此,选择了工作面放煤工艺,并对8234工作面放煤效果进行了现场实测,结果显示顶煤放出率和工作面来压情况呈现正相关。     

煤炭的深度物理加工与超净煤的制备

论述了煤炭深度物理加工和超净煤制备的意义,介绍了煤炭的化学方法、物理方法脱灰以及针对炼焦煤的深度脱灰几种典型的煤炭深度加工工艺。采用化学脱灰,对所有煤种都可以使煤的灰分降到1%以下,采用物理方法脱灰,因煤种而异,可以使煤的灰分降到<1%或者1%~3%。     

我国选煤工业及选煤方法发展浅析

概述了我国选煤工业和选煤方法现状,并简要介绍了近年来应用于选煤生产的跳汰、重介及干法选煤等主要选煤方法,同时具体分析了目前制约我国选煤工业发展的突出问题,提出了我国由选煤大国向选煤强国迈进的发展方向。     

潞安贫煤、贫瘦煤与其他煤混合喷吹的优化选择

根据高炉喷吹用煤的技术条件,选择适宜的煤种与潞安贫煤、贫瘦煤进行实验室混合煤喷吹试验,在试验的基础上确定混合煤的配比和粒度组成等工艺参数,为大幅度地提高高炉煤比创造条件。结果表明:首选煤是府谷鸿运煤,合理配比为30%~40%,其次是大同晋华宫煤,合理配比在40%左右;混合煤粉的适宜粒度为60%~70%。     

矿井采煤生产中煤与瓦斯突出的卸压措施

主要阐述了煤与瓦斯的突出、倾出、压出等特征和一般规律,提出了煤与瓦斯突出的防治卸压措施。采取震动爆破、松动爆破、超前排放钻孔、水力冲孔,以及钻孔水力割缝抽放瓦斯、边掘边抽与排放钻孔相结合、回采工作面预抽和边采边抽等措施。