兖州矿区深部开采冲击地压防治技术与实践

兖州矿区大部分矿井已进入深部开采,针对冲击地压危险越来越严重的问题,开展了一系列技术研究及防治实践。提出了按加载方式和应力来源的冲击地压分类方法,将兖州矿区发生的冲击地压划分为煤柱应力集中型、顶底板应力集中型、震动能量释放型,研究了各类冲击的发生机理;开发了冲击地压危险的区域预测、应用监测系统以及局部检测的冲击危险综合预测技术;采用了多种类型的爆破卸压及钻孔卸压为主的综合治理技术;建立了完善的组织管理制度,制定了冲击地压的防护措施,建立起系统有效的综合防治技术体系,保证兖州矿区深部采区的安全高效开采。     

高埋深矿井冲击地压形成机理实验研究

随着华亭矿区煤层开采深度、范围的不断增大,矿井面临的冲击地压灾害日益突出。文章以华亭煤矿204、205、206三个综采工作面为研究对象,综合分析矿井开采地质条件,通过建立物理模型,模拟矿井冲击地压发生过程中整个覆岩的运移过程,揭示冲击地压发生的影响因素和机理。结果表明:覆岩关键层和区段煤柱是影响矿井冲击地压发生的重要因素,为矿区冲击地压的防治提供一定的理论基础。     

煤矿冲击地压地质动力环境研究

为了确定煤矿冲击地压的地质动力环境,利用GIS对中国Ⅰ、Ⅱ级活动地块和活动断裂与冲击地压矿井的空间分布相关性进行了分析,论述了冲击地压孕育的地质动力条件和冲击地压显现的能量来源,并以抚顺矿区为例分析了冲击地压的地质动力环境。研究结果表明:我国63%的冲击地压矿井处于Ⅰ、Ⅱ级活动地块的边界及其影响带上,东北亚地块、华北地块、鄂尔多斯地块的冲击地压矿井位于地块周缘,华南地块的冲击地压矿井处于地块内部;85%的冲击地压矿井处于活动断裂的影响范围内,东北亚地块、华北亚地块、华南亚地块具有相似的规律。地质动力环境是冲击地压系统的能量来源和冲击地压孕育的地质动力学条件,矿区/矿井冲击地压显现的总体强度或释放的总体能量取决于其地质动力环境,抚顺矿区F1断层和F1A断层组成的浑河活动断裂是矿区冲击地压的地质动力环境。     

煤矿深部开采冲击地压的防治对策

文章结合山东省主要矿区冲击地压矿井的生产实践，分析了深部开采冲击地压的发生机理，提出了具体的防治对策。     

冲击矿压的产生机理与岩石巷道卸压爆破影响参数

冲击地压是聚集在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放,并在井巷发生爆炸性事故,产生的动力将煤岩抛向巷道,造成煤岩体震动和煤岩体破坏,支架和设备损坏,人员伤亡,部分巷道跨落破坏等。该文主要阐述了冲击地压的产生机理和岩石巷道卸压爆破影响参数等问题。     

巨厚坚硬岩层下基于防冲的开采设计研究与应用

在我国多个分布有巨厚坚硬岩层的矿区,巨厚坚硬岩层运动导致的强矿震和强冲击地压致灾后果严重,治理难度大,已经成为这些矿区矿井安全生产的主要障碍。通过分析巨厚坚硬岩层下冲击地压的发生规律,提出了此类矿井冲击地压存在“关键工作面效应”、“震动诱冲效应”和“冲击震动效应”3个共同特点。“关键工作面”是指该工作面在开采时会导致巨厚坚硬岩层发生断裂和强烈运动,并开始出现强烈的矿震或冲击地压;“关键工作面效应”是指“关键工作面”开采过程中发生的强动力灾害;“震动诱冲效应”是指巨厚坚硬岩层断裂震动在地层中产生的动应力传播到处于高应力状态的煤体上后,诱发的冲击地压灾害,其显现特点是“震源与冲击显现位置不一致”;“冲击震动效应”是指当开采到关键工作面位置后,巨厚坚硬岩层的传递压力将急剧增加,当部分煤体达到发生冲击的条件时即可发生冲击,同时引起能量巨大的震动,这类冲击的显现特点是“震源与冲击显现位置一致”。采用覆岩空间结构理论、地表沉陷观测、微震和应力监测数据,提出了辨识关键工作面的方法;阐述了山东能源集团3个不同类型巨厚坚硬岩层冲击地压矿井采用保护层开采、负煤柱设计、关键工作面确定与参数设计、避开震动损害边界开采设计、小煤柱设计和顺序开采工作面参数优化设计等综合方法,实现防冲安全的具体做法。     

基于煤岩动力系统能量的冲击地压矿井临界深度判别

为了定量计算典型冲击地压矿井的临界深度,实现煤矿冲击地压的有效防控。应用地质动力环境评价方法,将冲击地压矿井划分为"典型冲击地压矿井"和"非典型冲击地压矿井"2种类型。通过构建的煤岩动力系统模型,研究了煤岩动力系统的能量特征及其与冲击地压显现的关系。分析了自重应力场和构造应力场下煤岩动力系统的能量特征,并分别确定了不同应力场条件下的煤岩动力系统能量计算方法,在此基础上提出了典型冲击地压矿井的临界深度计算方法,并在3个典型冲击地压矿井进行了准确性验证。研究结果表明:在自然地质条件下,煤岩动力系统的总能量与构造应力场下煤岩动力系统的能量相等,自重应力场下煤岩动力系统的能量为基础能量,煤岩动力系统释放的能量为构造应力场下能量与基础能量的差值。对于典型冲击地压矿井,煤岩动力系统的总能量主要源于构造应力场,在构造应力场条件下煤岩动力系统积聚的能量已经能够支撑冲击地压发生,在开采活动诱发下就会发生冲击地压;对于非典型冲击地压矿井,在构造应力场条件下煤岩动力系统积聚的能量不足以支撑冲击地压发生,需要其他工程条件补充能量,在开采活动诱发下才有可能发生冲击地压。根据验证结果,典型冲击地压矿井的临界深度计...     

煤矿冲击地压灾害监测预警技术研究

为合理选用监测预警方法以便进行高效的冲击地压防治,通过工程与文献调研、理论分析、现场实践等方法,分析总结了我国煤矿冲击地压发生特征、影响因素、发生机理、监测预警手段等。结果表明:冲击地压大多发生在巷道,破坏范围一般为90~150 m,且矿震能量越大、距离巷道及采场越近,其诱冲可能性越高;冲击地压发生机理一般为静载应力集中和矿震动载扰动叠加作用的结果;冲击地压的监测预警主要从静载应力场和震动场两方面,单一监测方法难以实现对冲击地压的精确预测,而联合多种方法涉及震动场和应力场的多参量综合监测预警技术较为科学。     

兖州矿区冲击地压类型及防治方法

针对兖州矿区冲击地压发生的特点,提出了按煤岩体应力来源及加载方式分类的方法,将发生的冲击地压划分为煤柱应力集中型、顶底板应力集中型、震动应力释放型.在总结兖州矿区所应用的冲击地压防治方法的基础上分别阐述了以上3种类型冲击地压适用的防治方法,对指导冲击地压防治实践有一定的指导意义.     

黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征与防治

陕西省现有12对冲击地压矿井主要集中在黄陇侏罗纪煤田深部开采区,介绍了黄陇侏罗纪煤田冲击地压矿井地质开采条件与显现特征,结合黄陇侏罗纪煤田彬长矿区、永陇矿区各矿井煤岩层冲击倾向性鉴定、矿井、采区、采掘工作面冲击危险性评价以及防治冲击地压方案研究成果,总结分析了黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征,彬长矿区、永陇矿区冲击地压发生主导因素为褶曲构造与厚硬顶板岩层。开展了建设矿井低应力优化布置,生产矿井及建设矿井的采掘工作面动静载荷源分源调控技术推广,并提出了下一步防冲建议,为黄陇侏罗纪煤田深部开发提供实践指导。     

鄂尔多斯深部矿区冲击地压防治思考

根据国家能源西进战略,鄂尔多斯矿区近年来新建了部分深部矿井,由于缺乏深部开采经验,其在矿井建设阶段未充分考虑冲击地压因素,导致矿井在开采过程中面临冲击地压灾害.通过对鄂尔多斯深部矿区冲击地压显现现场调研,分析了其冲击地压影响因素,提出了鄂尔多斯深部矿区冲击地压研究方向.鄂尔多斯深部矿区受开采深度、煤岩冲击倾向性、顶板特...     

深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理与技术

针对深部冲击地压巷道高应力、强冲击造成的强矿压显现难题,分析了深部冲击地压巷道围岩变形破坏特征,确定了导致深部冲击地压巷道强冲击显现的防控难点,揭示了巷道冲击破坏机制。在分析深部冲击地压巷道破坏机制的基础上,建立了深部冲击地压巷道围岩力学模型,分析了动、静叠加载荷、支护应力、围岩力学属性与莫尔圆间的相互作用关系,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理。通过对巷道围岩远、近场进行卸压,从动、静载荷角度降低巷道冲击能量和所受应力;利用高预应力、高强度、高延伸率及高冲击韧性“四高”锚杆(索)主动支护,结合围岩结构重塑技术,提高巷道围岩自承载和抗冲击能力;结合钢棚、缓冲垫层及防护支架,通过高阻尼作用快速抑制巷道围岩的冲击震动。通过协调“卸压-支护-防护”3种技术手段的时空关系,改变冲击地压巷道能量释放、传播及耗散形式。基于“卸压-支护-防护”协同防控原理,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控技术,开发了长、短孔分段水力压裂工艺,研发了配套的压裂机具和设备;研制了高冲击韧性锚杆(索)系列支护材料,大幅度提高了支护材料的强度和韧性;提出了以钢棚、缓冲垫层及防护支架为一体的巷道复合防护结构,复合防护结构能有效吸收巷道围岩内的冲击动能,抑制围岩震动。研究成果在蒙陕和义马典型冲击地压矿井开展了工业性试验,“卸压-支护-防护”协同防控技术改变了厚层坚硬岩层冲击能量释放形式,有效抵御了高动、静叠加载荷,减小了巷道围岩整体冲击变形,控制了深部冲击地压巷道围岩稳定。     

倾斜煤层综放回采工作面冲击危险性研究

以峻德煤矿17#煤层回采期间冲击地压显现频发为工程背景，并结合“11.14”冲击地压事故对峻德煤矿三水平北17#煤层三四区二段工作面冲击危险性进行了深入研究。结果表明：“11.14”冲击地压事故发生前3d，存在矿震能量小幅度“升—降”的波动变化过程|冲击发生前能量密度云核心区已经开始显现，且核心区显现位置坐落于工作面上侧|数值模拟和理论分析结果验证了工作面回风巷超前段因应力叠加容易形成高集中静载荷，在回采引起的动载扰动作用下，最终发生了冲击地压事故。研究结果可以为倾斜煤层工作面后续回采阶段卸压防冲预防工作提供一定的借鉴。     

深井特厚煤层工作面强烈动压区安全开采技术

为保障深井特厚煤层工作面在强烈动压区的安全开采,以新巨龙矿井2302S工作面为背景,通过现场监测、数值模拟和理论分析,研究了深井特厚煤层工作面强烈动压区的致灾机理与安全开采技术。研究结果表明：应力监测得到的强烈动压区内冲击地压危险区超前影响距离约为117 m,峰值影响距离约为48 m,压架危险区超前影响距离约为26 m,并采用数值模拟进行了验证;工作面过强烈动压区时存在煤柱冲击和采场压架两类动力灾害,诱发煤柱型冲击地压的机理主要在于工作面开采引起煤柱应力高度集中;诱发采场压架的主要机理在于支架控顶距的突变导致支架载荷异常;根据强烈动压区致灾机理提出了相应的安全开采技术,并进行了现场验证,保障了工作面的安全开采。     

平顶山东部矿区深井动力灾害多因素耦合统一灾变机理

冲击地压、煤与瓦斯突出两者的强度理论本质上是类似的,两者的孕育过程也是相似的,但发生的能量来源和过程有较大区别。平顶山东部矿区深井动力灾害受区内褶曲、断层、构造煤及煤层瓦斯等多因素控制,在采掘过程中,构造应力、瓦斯压力与采动应力相互耦合,煤岩固体骨架有效应力的改变导致了孔隙率变化,结果使瓦斯压力改变,进而影响到煤层瓦斯运动。瓦斯在煤层中迁移时,孔隙压力变化引起固体骨架变形,反映了煤体变形与孔隙压力变化的相互关系。围绕平顶山东部矿区深部开采矿井动力灾害问题开展研究工作,分析各类矿井动力灾害发生的机理和动力源,确定了平顶山东部矿区煤样冲击倾向性等级,揭示出深井动力灾害的多因素耦合统一灾变机理,建立了统一的数学模型。     

井下地压活动分析及地压控制措施研究

金属矿山地下开采容易造成局部地压活动显现,而频繁的地压活动容易对井下围岩及生产设备造成破坏,对安全生产构成一定的威胁。通过矿山开采现状及井下地压活动的表现形式,从岩体内部地质构造弱面、采空区、无序开采及爆破震动等方面分析矿区地压活动产生的原因及规律,并针对各影响因素提出了相应的地压活动控制措施,可有效控制地压活动现象,对矿山地压管理及保证矿山安全开采具有一定的指导作用。     

我国煤矿冲击地压防治现状与难题

随着煤矿开采强度和深度的增加,冲击地压矿井数量和冲击危险程度显著增加,政府关注度不断上升,我国冲击地压防治研究取得了一系列重要进展,冲击地压矿井防治能力取得长足的进步,多数冲击地压矿井达到事故可控.基于冲击地压重要研究成果,全面地阐述了冲击地压领域在法规建设、发生机理、监测预警等方面研究进展与发展趋势,同时指明了未来冲...     

基于震源机制的煤矿采动主应力场反演分析

矿井岩体应力场属性是冲击地压防治需考虑的重要因素,而开采扰动可使原岩应力场变异,故在掌握原岩应力场属性的同时,应用震源机制解答方法,以华亭煤矿250104工作面回采、250105工作面掘进时55个强度较高、震相清晰的矿震为基础,对矿井采动应力释放规律进行反演,分析了矿井采动应力场及其演化过程,进而反映受采动影响矿井应力场的调整和再平衡过程,并通过与现场地应力测量结果比较,认清矿井冲击地压发生机理,采取针对性较强的冲击地压防治措施,有效减轻了矿井冲击地压灾害。     

矿井冲击地压预防措施研究

冲击地压作为煤矿开采过程中一种强烈的矿山压力显现形式,严重威胁工作面的安全生产以及矿工的生命安全。以新疆某矿101工作面为工程背景,综合其地质因素和开采因素两方面的评价结果,得出了101工作面的冲击危险性评价为中等冲击危险;提出了应用电磁辐射仪对工作面回采过程进行实时监测,来预防工作面冲击地压的发生;同时对冲击地压危险区域使用钻孔监测的手段,采取超前预裂顶板的卸压方式预防冲击地压的发生。