厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压机理及防治

针对呼吉尔特矿区厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压现象,通过现场实测和数值模拟,分析了宽煤柱垂直应力分布特征,通过理论分析,揭示了宽煤柱发生冲击的结构条件;基于冲击地压"三因素"机理,研究了宽煤柱诱发冲击地压机理:在侧向支承压力和工作面采动应力叠加影响下,具有冲击倾向性的宽煤柱应力高度集中,当其达到极限强度发生卸载时,由于煤柱体刚度与顶板岩层刚度相近,造成煤体运动速率很大,呈现冲击地压显现。在此基础上,提出了小煤柱护巷和断顶爆破等措施降低煤柱应力、采用大直径钻孔卸压和煤层注水等措施改变煤体刚度的防治策略,针对311103工作面提出了采取断顶爆破和大直径钻孔的组合防治方法,宽煤柱应力集中程度出现明显降低,防治效果较为显著。     

相邻采空区关键层失稳诱发矿震机理研究

基于岩层控制的关键层理论,对工作面开采过程中相邻采空区震动机理进行了研究,将相邻采空区震动机理归结为3种基本形式：① 低位亚关键层回转滑移失稳;② 高位亚关键层剪切滑移失稳;③ 主关键层极限破断失稳。利用现场矿井微震监测系统,分析了不同机理震动规律,结果表明,相邻采空区岩层失稳滞后于本工作面岩层运动,震动频次上低位亚关键层最高,高位亚关键层次之,主关键层极限破断失稳震动最少,震动能量上则相反;本工作面破坏烈度则是高位亚关键层剪切滑移失稳最强,低位亚关键层失稳震动次之,而主关键层最小。最后,根据震动诱发动力冲击的能量机理,提出了相邻采空区震动灾害的治理措施,并在现场实施应用。     

采空区下近距离煤层合理区段煤柱宽度研究

为确定合理的近距离煤层区段煤柱,利用FLAC~(3D)数值手段对8号煤采空后开采近距离煤层9号煤时的区段煤柱宽度进行合理设定,通过对煤岩体侧向垂直应力分布、水平应力分布调整以及屈服破坏特征进行分析,得出9号煤层顺槽煤柱的宽度在10～15m。     

采空区下近距离煤层合理区段煤柱宽度研究

针对嘉乐泉煤矿在8号煤采空后开采近距离煤层9号煤时,合理确定区段煤柱宽度的问题,建立FLAC3D数值模型,通过分析煤岩体屈服破坏特征、侧向垂直应力分布特征及侧向水平应力分布特征,确定嘉乐泉煤矿9号煤层顺槽煤柱的宽度应为10m～15m。     

深井坚硬顶板脆性煤柱失稳诱发冲击地压分析

利用理论分析、数值模拟分析、现场试验的方法,对大采深矿井应力分布、矿井工作面应力高度集中导致煤柱失稳的规律进行了分析研究,得出工作面推进过程中影响煤柱安全的范围,为采取增强巷道安全的措施提供依据。     

急斜煤层残留高阶段煤柱动力失稳机理研究

针对乌东煤矿急斜特厚煤层综放工作面覆层残留高阶段煤柱动力失稳问题,采用变形失稳理论构建了覆层残留高阶段煤柱动力失稳力学模型,运用数值模拟分析了上覆高阶段残留高阶段煤柱动态失稳过程及应力演化规律,揭示了覆层残留高阶段煤柱动力失稳机理,提出了覆层残留高阶段煤柱诱发失稳防治措施,开展了基于微震监测的动力失稳防治效果评估。结果表明:急斜特厚煤层综放工作面推近及推过高阶段煤柱过程中形成的应力持续性高度集中是诱发动力失稳产生的力源;工作面前方的应力增高区与煤柱形成的应力集中区产生叠加效应,应力集中系数最高达到3.7倍;将距高阶段煤柱不同位置时工作面前方支承压力峰值划分为3个区域(平稳区、过渡区、叠加区),确定高阶段煤柱诱发动力失稳危险区在煤柱前方0~60 m。动力失稳防治实践表明:采取煤岩注水、卸压爆破耦合致裂措施对上覆残留高阶段煤柱解危,利用微震监测系统完成解危效果评估,保障工作面安全通过了上覆残留高阶段煤柱的危险区域。     

浅埋煤层房式开采遗留煤柱突变失稳机理研究

神东煤田浅埋煤层存在大量房式遗留煤柱,受下方煤层采动影响可能突然失稳垮落,造成冲击式动力灾害,遗留煤柱稳定性对下方煤层安全开采具有重要影响.针对乌兰集团石圪台煤矿地质生产条件,基于突变理论建立了房式煤柱稳定性尖点突变模型,分析了浅埋煤层房式开采遗留煤柱突变失稳规律.结果表明煤柱发生突变失稳的必要条件为煤柱单侧屈服带宽度介于煤柱宽度的0.33～0.43倍时将发生突变失稳,现场观测验证了计算结果.     

集中煤柱诱发下伏近距离煤层异常矿压及机理研究

为研究近距离煤层群下伏工作面过遗留集中煤柱异常矿压显现规律,以布尔台煤矿42107工作面进2-2煤层遗留集中煤柱为工程研究背景,基于现场实测、理论分析和相似模拟方法,通过分析工作面进集中煤柱期间的现场监测数据变化规律,总结了工作面进集中煤柱时异常矿压显现特征,推导出工作面覆岩破断步距和支架载荷计算公式,揭示了下伏工作面进集中煤柱异常矿压的发生机理,并采用相似模拟试验对其准确性进行验证。研究结果表明:下伏工作面进集中煤柱期间,集中煤柱边界受应力集中影响,基本顶破断位置深入煤体宽度增加,总破断步距减小,支架载荷明显增加,从而导致工作面发生异常矿压显现;相似模拟试验结果表明:进集中煤柱时,下伏工作面应力集中,基本顶岩块破碎,垮落步距减小,试验与理论分析结果基本吻合。     

深井不等宽断层煤柱诱发冲击地压机理研究

以采深超千米且存在不等宽断层煤柱工作面为工程背景,分析了断层构造应力和临断层采动工作面上覆岩层运移对冲击地压的影响,进而研究了不等宽断层煤柱诱冲机理。研究表明,断层构造应力和煤层上方悬露覆岩应力叠加超过不等宽断层煤柱综合强度导致了冲击地压发生。通过构建断层构造应力模型、悬露覆岩载荷模型和不等宽断层煤柱承载模型,推导了不等宽断层煤柱能否发生冲击的力学判别式,可用于断层煤柱区域冲击危险区的精确划分,为提前采取针对措施提供依据。研究成果经现场实践,实现了工作面安全开采。     

遗留煤柱诱发冲击地压机理及其防治技术研究

以某矿5301工作面40 m宽遗留煤柱为背景,通过理论计算和数值模拟得到遗留煤柱的垂直应力分布特征,并基于此研究了诱发冲击地压的机理:遗留煤柱未受工作面回采影响之前,所受阻抗力大于冲击力,发生冲击地压的可能性较小;但在回采阶段,工作面超前支承压力和煤柱原有应力叠加,造成冲击力大于阻抗力,冲击危险性大大增强。据此划分危险区范围及危险程度,通过对危险区实施预卸压和解危措施,使得工作面安全通过遗留煤柱危险区。应力动态监测结果验证了分析结果的准确性。     

深井不等宽断层煤柱诱发冲击地压机理研究

以采深超千米且存在不等宽断层煤柱工作面为工程背景,分析了断层构造应力和临断层采动工作面上覆岩层运移对冲击地压的影响,进而研究了不等宽断层煤柱诱冲机理。研究表明,断层构造应力和煤层上方悬露覆岩应力叠加超过不等宽断层煤柱综合强度导致了冲击地压发生。通过构建断层构造应力模型、悬露覆岩载荷模型和不等宽断层煤柱承载模型,推导了不等宽断层煤柱能否发生冲击的力学判别式,可用于断层煤柱区域冲击危险区的精确划分,为提前采取针对措施提供依据。研究成果经现场实践,实现了工作面安全开采。     

浅埋近距离煤层开采超前煤柱群冲击失稳机制

工作面前方遗留煤柱群(后文简称“超前煤柱群”)在采动影响下会发生链式冲击失稳,诱发动载矿压灾害并影响下伏煤层的安全高效开采。揭示超前煤柱群链式冲击失稳机制是浅埋近距离煤层安全开采的根本前提。本文实测分析了元宝湾煤矿房式采空区下伏6107工作面开采的覆岩移动规律,发现了超前煤柱群的回弹变形现象,开展了房式采空区下伏煤层开采的物理模拟实验,研究了房采煤柱群-覆岩的变形破坏特征,分析了采动影响下超前煤柱群回弹冲击失稳的动态过程,揭示了浅埋近距离煤层开采超前煤柱群的冲击失稳机制。结果表明：(1)浅埋柱采区近距离下伏煤层开采过程中工作面前方覆岩呈现出“先短暂回弹后剧烈下沉”的运动特征,即首先存在极短时间的覆岩回弹变形现象,之后出现了部分覆岩的整体破断与垮塌。由此,反推出采动影响下超前煤柱群也发生了回弹变形。(2)柱式采空区下伏煤层开采过程中关键柱在覆岩沉降和超前支承压力的作用下最早出现斜切破坏,引起载荷的转移,加剧邻近部分房采煤柱群的应力集中程度,进而发生链式斜切破坏。在此过程中,覆岩持续沉降,裂隙也不断发育,形成剪切贯通断裂面,发生破断回转,促使超前煤柱群回弹变形与冲击失稳,引发层间岩层的全厚...     

孤立煤柱冲击地压蠕变失稳研究

针对煤矿冲击地压的发生具有滞后性的问题,采用解析分析方法建立了孤立煤柱蠕变失稳理论。基于冲击地压失稳理论,揭示了冲击地压蠕变失稳机理,建立了蠕变失稳判别准则。假设煤柱顶板具有蠕变性质,提出了孤立煤柱冲击地压蠕变失稳判别准则。分别采用H体、M体、K体、K-V体、P-T体、B体6种蠕变模型,根据不同模型顶板刚度随时间变化的函数关系及孤立煤柱冲击地压蠕变失稳判别准则得出了孤立煤柱冲击地压蠕变失稳条件,得到了孤立煤柱冲击地压滞后时间和顶板突跳量的理论公式。结合工程实例,对不同蠕变模型条件下孤立煤柱冲击地压滞后时间和顶板突跳量理论值进行了对比分析。结果表明:B体模型与工程实际符合较好,但理论值与实际值相比较小,说明了理论模型具有一定的局限性,需要研究更加符合工程实际的蠕变模型。     

浅埋煤层房式采空区下开采煤柱稳定性研究

房式采空区煤柱留设状况复杂,房柱及隔离煤柱结构的失稳对下位煤层回采工作面造成严重影响,为掌握浅埋煤层房式采空区下开采的矿压显现特征,确保煤矿安全生产,以石圪台矿2~#、3~#煤层为工程背景,通过理论分析和数值模拟方法,揭示了2~#煤层6 m×8 m房柱和20 m隔离煤柱带的应力场分布特征以及下位回采工作面过房式采空区的围岩应力特征和塑性区演化规律。结果表明:在2~#煤层房式采空区6 m×8 m房柱失稳结构下,3~#煤层应力处于卸压状态,应力降低16%;3~#煤层在开采过程中,超前支承压力最大峰值均处于2~#煤层留设20 m隔离煤柱及房柱失稳区域下方。     

房式采空区失稳煤柱下回采异常矿压发生机理

针对神东矿区石圪台煤矿31201工作面在上覆房式采空区失稳煤柱下回采期间矿压显现异常问题,利用现场实测和理论分析方法,对失稳煤柱下回采矿压显现异常的机理进行了研究。结果表明:失稳煤柱下回采期间,上煤层失稳煤柱冒落覆岩断裂岩块间不能形成铰接结构,且工作面上方冒落覆岩上覆岩层断裂岩块与其前方岩层共同向下运动,从而增加了下煤层顶板受力,使工作面呈现来压步距减小、来压强度增大的特征;由于失稳煤柱覆岩对煤层间岩层的作用力相比出集中煤柱期间小,因此未发生动载矿压灾害;煤层间岩层厚度的增加将减小下煤层顶板受力,进而减小失稳煤柱下回采矿压显现强度;提出在上煤层房式采空区失稳煤柱覆岩运动较充分后再进行下煤层开采的控制措施。     

房式采空区集中煤柱诱发动载矿压机理及防治

针对神东矿区石圪台煤矿31201工作面出上覆房式采空区集中煤柱回采动载矿压问题,利用现场实测和理论分析方法,通过分析超前支承压力作用下小煤柱保持稳定时的临界弹性核宽度、动载荷作用下工作面覆岩结构及支架载荷,对动载矿压的发生机理及防治措施进行了研究。结果表明：出集中煤柱期间,下煤层工作面覆岩的回转运动使上覆集中煤柱支撑宽度减小,若超前支承压力导致该部分集中煤柱及前方大面积小煤柱失稳,超前失稳煤柱覆岩的运动将使工作面覆岩受到动载荷作用,破坏工作面覆岩承载结构的稳定性,从而诱发动载矿压;提出了提前爆破集中煤柱的防治措施,并确定了爆破时工作面与集中煤柱间应满足的安全距离,在现场应用效果显著。     

深厚表土综放采场孤岛煤柱整体失稳型冲击机理研究

以赵楼煤矿7303工作面为背景,采用理论分析、数值模拟等方法,对深厚表土综放采场孤岛煤柱整体失稳型冲击机理进行了研究。通过研究发现了深厚表土综放采场孤岛煤柱的覆岩空间结构演化规律,以此建立深厚表土综放采场基岩断裂前后的支承压力估算模型,通过计算得到基于防冲的赵楼煤矿7303采空区孤岛煤柱临界宽度为113 m,并采用数值模拟进行验证。结果表明,留设120 m隔离煤柱不会发生整体失稳型地压。     

房柱采空区遗留煤柱对下煤层开采的影响

为研究房柱采空区遗留煤柱对下部近距离煤层开采的影响规律,掌握该条件下工作面回采的矿压显现特征,采用数值模拟和力学分析方法,研究了大地精煤矿房柱采空区煤柱集中应力的影响深度以及下部煤层开采顶板的破断规律。结果表明:房柱采空区底板岩层应力随煤柱的分布呈周期性变化,3#煤层开采老顶活动受上部煤柱应力集中的影响,从而破断岩块,易发生滑落失稳,严重威胁了下部煤层的安全开采。