临空巷道煤柱割缝爆破切顶联合卸压技术研究

坚硬顶板下临空巷道存在着高应力集中、大变形、难支护等问题,以葫芦素煤矿21105工作面为工程背景,分析了坚硬顶板下工作面回采期间上覆顶板破断规律,研究了临空巷道围岩变形机理,提出了临空巷道“顶板爆破+煤柱割缝”联合卸压巷道变形控制方法,采用FLAC^3D软件模拟了卸压前后临空巷道围岩应力分布规律。在葫芦素煤矿21105工作面回风巷采取“顶板爆破+煤柱割缝”联合卸压措施后,临空煤柱深基点应力峰值降低36.1%,浅基点应力峰值降低19.1%,试验区域微震日均能量降低67.0%,日均微震总能量降低35.7%,采取卸压措施后临空巷道顶底板移近量减小60.1%,两帮移近量减小41.6%,巷道变形得到有效控制。试验结果表明临空巷道“顶板爆破+煤柱割缝”联合卸压技术可有效降低煤柱应力,减少巷道变形,为坚硬顶板下临空巷道变形控制提供了一种新的治理手段。     

厚硬顶板冲击地压发生机理及防治实践

基于鄂尔多斯地区冲击地压矿井厚硬顶板加坚硬煤层的特征，对宽煤柱开采条件下冲击地压发生过程进行分析，揭示了该区域冲击地压是由厚硬顶板破断引起煤体高应力区动力系统失稳产生震动、激发应力波，应力波与塑性区煤体相互作用而产生的；以巴彦高勒煤矿为例，采用深孔爆破对巷道顶板进行卸压。结果表明：在未断顶区域，顶板发生极限破断引发大能量微震事件，能量释放集中在沿空巷侧，现场存在动压显现现象；在正常断顶区域，微震活动比较平稳，能量集中区未对巷道形成直接影响；工作面来压周期平均2.4 d，来压步距14.5 m，未出现持续性高强度来压；顶板观测孔裂隙发育良好，有效半径可达4 m。     

临空巷道煤柱高压水力“割-压”断顶卸压技术研究

为解决晋华宫煤矿12^-2#煤层402盘区8214工作面临空巷道煤柱严重片帮问题,本文提出高压水力"割-压"断顶卸压技术,分析了临空巷道煤柱断顶卸压理论依据和技术优势,根据现场地质以及生产情况设计了施工方案,并在8214工作面2214巷进行现场实践和效果检验。结果表明:对于8214工作面顶板来说,最低割缝压力应大于50 MPa,缝槽最小起裂水压力为10.8 MPa,最小失稳水压力为11.5 MPa。高压水力"割-压"破裂断顶卸压技术可以使煤柱应力环境得到改善,临空巷道应力水平整体降低,锚杆(索)受力大幅度降低,煤柱侧片帮现象得到控制。     

倾斜煤层工作面沿空侧巷道诱冲机理及防治研究

以宝积山煤矿七采区内向斜构造翼部区煤层开采为工程背景,采用现场调研统计、理论分析、数值模拟及现场工业性试验等多种手段对倾斜煤层工作面沿空侧巷道诱冲机理及防治方法进行了研究。结果表明：随着煤层倾角的递增,厚硬关键层悬顶段破断所需要的临界长度值也呈指数形式递增;随着煤层倾角的递增,沿空侧巷道围岩两帮内的垂向应力集中程度由实体煤侧逐步转移至煤柱侧,这也导致在动静载叠加作用下不同煤层倾角工作面沿空侧巷道围岩内诱发冲击地压的位置不同。705沿空侧巷道煤柱侧采用卸压联合非对称性加强支护的方法能够有效改善705沿空侧巷道煤柱侧内的应力环境,降低了705沿空侧巷道诱发冲击地压的可能性。     

防治冲击地压的应力三向化理论研究及应用

基于欧拉小挠度理论建立了顶底板压杆稳定模型,煤层卸压将增加顶底板的临界载荷,增加顶底板发生冲击地压的可能性,以此提出了冲击地压治理的应力三向化理论,以济三煤矿163下00工作面为例,对冲击危险区采取了煤层卸压和爆破断底解危措施,通过钻孔窥视仪检验爆破断底的效果,观测孔发生变形、破裂或破碎,证明坚硬底板已经卸压,巷道围岩达到了应力三向化状态。工程实践表明,运用应力三向化理论对冲击危险巷道进行解危,可有效地防治冲击地压。     

深部仰采孤岛工作面初采期间冲击地压防治

以霄云煤矿1310工作面为工程背景,通过计算判断悬顶初次破断失稳位置,分析坚硬顶板破断时释放的大量弯曲应变能,并利用FLAC3D数值模拟分析深部仰采孤岛工作面初采阶段的采动应力变化;基于悬顶破断释放的能量和初采期间应力集中系数超过发生冲击地压的临界值,判断深部孤岛工作面初采期间发生冲击地压的可能性较大;通过采取大直径钻孔卸压结合顶板深孔预裂爆破等综合卸压措施对初采阶段冲击危险性进行防治。结果表明：卸压钻孔形成的弱化带破坏了煤体承载结构,使靠近巷道的浅部煤体应力明显下降,且应力峰值向煤体深部转移;爆破对顶板进行损伤破坏,提前释放或转移了坚硬顶板积聚的弹性能,从而降低孤岛工作面初采阶段发生冲击地压的可能性。     

浅埋深煤层坚硬顶板型冲击地压防治技术

分析了浅埋深煤层坚硬顶板条件下尾巷冲击地压的成因,提出采用顶板弱化爆破技术进行冲击地压解危的防治思路,设计了断顶爆破方案,并用电磁辐射手段对解危效果进行了检验。通过优化断顶爆破中的炮孔深度、间距和装药量能够达到较好的解危效果;爆破试验段的监测对比显示,煤体电磁辐射强度明显减弱,减幅约为68.2%,爆破后卸压效果明显。     

断顶爆破防治冲击矿压技术体系及效果评价研究

断顶爆破在坚硬顶板条件下的冲击矿压灾害防治中应用广泛。基于动静载叠加原理,理论分析了断顶爆破防治冲击矿压的作用机制,在对冲击危险预评估和冲击危险动态演化特点分析的基础上,揭示了冲击危险具有分时、分区和分级的"三分"特征,建立了分时、分区、分级断顶爆破防治冲击矿压技术体系,应用于坚硬顶板型冲击矿压防治工程实践,并通过采取理论计算、钻屑监测和微震监测手段进行断顶爆破效果评价。结果表明:爆破后形成的裂隙区贯通为连续的弱面是控制冲击矿压最重要的区域,断顶爆破能够减弱由于顶板瞬间破断或垮落释放的动载强度,降低上覆悬顶施加在煤体内的静载强度并促使煤体峰值应力向工作面前方转移,达到降低冲击矿压危险的目的;依据揭示的冲击危险分时、分区、分级的"三分"特征,建立了"开切眼倾向断顶爆破、临空煤柱侧走向断顶爆破、工作面内超前预裂爆破和及时解危断顶爆破"的分时分区分级断顶爆破防治冲击矿压技术体系,相应进行了断顶效果评价,其中开切眼倾向断顶爆破后工作面初次来压和周期来压阶段顶板聚集的能量分别降低72%和76%;临空煤柱侧断顶爆破后煤柱内钻屑值下降0.55 kg/m;工作面内预裂爆破区域在回采期间出现微震总能量、单日最大能量均明显降低,微震频次显著增加的整体规律,验证了分时分区分级断顶爆破技术体系对防治冲击矿压的有效性。     

深部坚硬顶板工作面远近场联合防冲技术

集贤煤矿煤层赋存深度在500~700 m之间,且顶板为厚度大强度高的坚硬顶板,采深和坚硬顶板形成了冲击地压发生的条件。文章提出采用预裂爆破切顶、煤层卸压爆破与注水卸压相结合的远近场联合防治技术,有效地解决大面积悬顶问题,使得悬顶引起的集中应力得到了有效释放,实现了冲击地压的有效防治。     

峻德煤矿倾斜煤层开采沿空侧巷道诱冲机理研究

针对峻德煤矿倾斜煤层开采期间沿空侧巷道冲击地压频发的问题,采用现场调研、微震监测、物理相似模拟和数值模拟相结合的方法开展了研究,结果表明：倾斜煤层工作面开采期间靠近沿空侧巷道的覆岩关键层更容易破断产生剧烈动载扰动;随着煤层倾角减小,沿空侧巷道煤柱帮应力集中程度减小,实体煤帮应力集中程度增大,应力集中由煤柱帮内向实体煤帮内转移;在动静载叠加作用下导致巷道两帮煤体失稳破坏诱发冲击地压,且不同倾角煤层冲击启动区域不同。研究结果对倾斜煤层工作面后续回采阶段卸压防冲工作具有一定的指导作用。     

采动影响下厚坚硬顶板巷道围岩控制技术

晋煤集团古书院矿15#煤层工作面直接顶坚硬、底板松软,预留巷道受动压影响变形十分严重。针对这一问题,采用在采掘工作面前方预裂爆破方法将坚硬的直接顶板切断,防止煤柱侧顶板悬顶,改善预留巷道应力状态,同时采用中空注浆锚索对预留巷道围岩进行加固。试验结果表明,预留巷道维护状况得到了根本改善。     

大采高厚坚硬顶板巷道定向爆破切顶卸压技术研究

针对马道头煤矿5209工作面回风巷在高强支护情况下,伴随着上临5210工作面回采产生的巷道大变形问题,采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法,对大采高厚坚硬顶板巷道定向爆破切顶卸压技术进行了研究。研究结果显示：巷道爆破切顶卸压的工作机理是通过对煤柱侧未垮落基本顶岩层进行爆破切顶,使其及时垮落,进而减小煤柱载荷和基本顶岩层因为旋转下沉而对煤柱造成的挤压变形|基本顶岩层在爆破切顶卸压后初次垮落步距与周期垮落步距均减小,进而减轻了矿压显现程度|爆破切顶卸压的最佳切顶角度为60°,在爆破切顶卸压后,煤层垂直应力峰值由21.1MPa降低至16.3MPa|爆破后钻孔窥视结果显示,爆破孔与导向孔均沿着孔内聚能管聚能槽方向产生了与走向切缝方向一致裂纹|在5209回风巷进行了巷道表面位移观测发现总体变形量较小,巷道完整性较好,定向爆破切顶卸压效果显著。     

水压致裂切顶卸压在治理临空巷道动压变形的应用

针对坚硬顶板综放工作面邻面采空区侧向压力和本工作面超前压力对临空巷造成矿压显现的问题,在临空巷施工钻孔进行水力致裂临空侧坚硬悬板,通过预先切断和弱化顶板,使悬板及时垮落,减弱侧向压力对巷道的影响,达到弱化矿压显现的目的。现场试验表明,通过水压致裂切顶卸压实施,临空巷道变形得到了有效控制。     

坚硬顶板遗留煤层下综放工作面冲击地压发生机理

为研究坚硬顶板遗留煤层条件下综放工作面冲击地压发生机理,以宽沟煤矿坚硬顶板遗留煤层下I010203工作面易发生高能量事件的临空巷道为工程背景,通过理论分析、现场监测、数值模拟和工程验证相结合的方法,分析了B4、B2煤层开采过程中覆岩结构特征及演化过程,模拟了不同结构形态下煤岩体应力分布规律,并通过钻孔实测、微震监测和PASAT M探测多种方法进行了验证.研究表明:B4与B2煤层开采后,低位覆岩结构I以侧向悬臂的形式加载临空巷道,悬顶长度为18.5～37.5 m,造成临空巷道煤岩体形成应力升高区;随着开采范围增大,覆岩活动空间向上发展,微震事件向上聚集,采空空间逐渐增大,当B4与B2煤层采空区导通后,波及高位覆岩结构II,r2岩层运动下沉造成实体侧煤体应力升高区范围扩大、转移,应力集中系数再增大,最终r 2岩层破断失稳,结构I与结构II积聚的弹性能瞬间释放,动静载共同作用达到冲击地压发生的临界条件,造成临空巷道冲击显现.     

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。     

坚硬厚顶板煤柱型冲击地压防治技术研究#br# #br#

为了对坚硬厚顶板这种特定地质条件下的冲击地压防治技术进一步细化研究,分析了宽沟煤矿I010203工作面开采过程中上覆坚硬厚顶板冲击地压过程,提出了相应的防冲技术措施,并基于工作面卸压防冲前后微震事件时空变化规律对防治技术进行了效果检验,研究结果表明：B2煤层开采后上覆坚硬厚顶板易在I010203工作面采空区及相邻I010201采空区之间的煤柱区域产生悬顶,不但会造成煤体静载应力集中,而且造成能量积聚,从而产生大量动载,悬顶长度过长时会发生垮落、破断等强动载扰动,当动载荷和静载荷叠加超过临界值时便会造成冲击显现,煤柱集中静载和坚硬顶板破断动载是冲击地压主控因素。根据上述冲击地压分析结果,设计了顶板断顶预裂和煤体超前爆破两种卸压技术措施,并选取卸压前后稳定生产期间的微震事件进行卸压效果对比分析,卸压后微震日总能量和日总频次明显降低,103～104J以上微震事件明显减少且微震的空间分布较为分散,顶板附近微震事件明显减少,说明采取的卸压措施效果明显,可有效降低冲击危险性。     

近直立特厚煤层组中间岩板诱发冲击矿压机理及其防治

近直立特厚煤层具有煤层厚、赋存倾角大、煤层间岩石层坚硬的特点,在煤层组群联合开采过程中,煤层间岩板是诱发煤层采掘空间冲击矿压灾害发生的关键因素。通过研究煤岩体内微震事件与应力集中之间的关系,分析了煤层间岩板诱发冲击矿压的机制。采用弹性理论,建立了煤层间岩板破断力学模型,得到了岩板破断时能量计算公式。提出了降低岩板破断时悬顶尺寸,破坏煤岩体完整性,使煤岩体中的动静载叠加应力始终小于引发冲击矿压的临界值以下,从而避免岩板破断诱发冲击矿压的防冲机理。通过对煤层间岩板进行注水爆破和煤体注水,降低了岩板和煤层微震事件频率和能量值,卸压效果显著,有效避免了岩柱诱发冲击矿压。     

浅埋煤层坚硬直接顶破断诱发冲击地压机理及防治

针对浅埋缓倾斜煤层坚硬直接顶下回采工作面冲击地压问题,采用微震及矿压监测方法确定了坚硬直接顶超前工作面破断的位置及顶板周期来压步距,在此基础上分析了回采工作面冲击地压的能量来源和致灾机理,建立了坚硬直接顶超前工作面破断的力学模型,推导了直接顶初次破断和周期破断的步距公式并计算得到了直接顶超前工作面的破断距离。结果表明,直接顶的周期破断步距以及破断产生的矿震能量均比基本顶周期来压步距及矿震能量小,但由于直接顶距离煤层近以及直接顶超前工作面破断位置距离煤壁过小,坚硬直接顶的周期破断引起的动载增大了工作面冲击地压危险。据此确定了在巷道进行直接顶预裂爆破以增大直接顶超前工作面煤壁破断距离的冲击地压治理措施,微震监测结果显示超前预裂爆破有效降低了工作面冲击地压危险。     

邻采邻掘巷道冲击地压规律研究及对策

针对同家梁煤矿12号煤层5809掘进巷冲击地压过大的问题,应用基本顶"板"内的应力分析理论,对其进行了冲击地压显现规律研究.由于应力集中,12号煤层5809巷顶板下沉、底板鼓起、巷道侧压引起两帮移近,于是采取加强支护和卸压相结合的解危措施防治冲击地压.在12号煤层5809掘进巷具有冲击危险的位置加强特别支护,5809巷靠8808工作面的煤柱侧打卸压孔对巷道间煤柱进行卸压.结果表明:此措施不仅能充分发挥顶板的自承能力,增强巷帮对顶板的支承力,还能间隔顶板,因此防治冲击地压效果良好.     

厚煤层切顶卸压护巷技术研究与应用

为了切实解决采深加大、强动压显现的强矿压现状,改变以工作面间留设大煤柱减压造成资源浪费的现象,以王庄煤矿为研究背景,通过理论分析和数值模拟相结合的方法,研究临空面侧向支承压力分布及工作面垮落破断结构特征,提出爆破切顶卸压技术,确定切顶爆破关键参数,并在现场进行了工业性试验。实验结果表明：通过实施爆破切顶技术预裂顶板关键岩层后,小煤柱巷道顶底板变形量降低了60%～77%,两帮变形量降低了87%～92%,有效改善了回采巷道应力环境,能够满足安全生产要求。研究结果为类似开采条件切顶卸压沿空掘巷提供参考。