顶板“人造解放层”防治冲击地压方法、机理及应用

冲击地压矿井开展解放层(保护层)开采,能够根本性的改造采掘工作面应力集中程度,从而大范围降低采掘活动空间冲击危险性。针对无解放层可采的单一煤层矿井,为了实现冲击地压煤层区域性卸压目标,提出了煤层上覆主导致灾层位厚硬顶板区域水力压裂“人造解放层”卸压防治冲击地压方法,并建立了工程力学模型,综合采用理论分析、工程验证等方法进行区域性卸压机理及工程试验研究。结果表明,在冲击地压发生载荷供给历程中,通过区域性改造煤层上覆岩层结构与载荷,可以改变冲击地压发生必须的基础静载荷集聚;针对顶板控制型冲击地压矿井,在开拓、准备、回采不同阶段,针对影响冲击地压发生的厚硬顶板开展区域性水力压裂改造覆岩结构与载荷分布,使得巷道掘进及工作面回采期间均处于压裂覆盖范围下的低应力区,实现冲击地压单一煤层顶板产生“人造解放层”效应;顶板区域水力压裂人造解放层卸压防治冲击地压机理为：与压裂前相比,煤层上覆厚硬顶板人为区域性致裂,在走向上使其长梁变短梁,大块变小块,从而不具备大面积悬臂功能,降低由悬空面积增大的顶板断裂带来的动载荷;在倾向方向上也使得其上覆载荷由硬传递变为软传递,降低了压裂区域下方煤层的整体静载水平;在陕...     

煤层定向水力压裂防治冲击地压的试验研究

利用定向水力压裂方法对煤层卸压,从而防治矿井冲击地压。同时采用KBD5电磁辐射监测仪对试验结果进行了监测。结果表明:实施定向水力压裂后,压裂孔周围10~20 m内电磁辐射值较压裂前明显下降,出现了一个应力降低区,地应力较压裂前有所减小;压裂孔径向大于15 m外范围出现一个应力升高区,说明压裂孔周围煤体应力向外发生了移动。在煤体降低压区内,钻孔施工顺利,孔深100 m以上都无异常,而在两侧的应力升高区,当钻孔打到24~30 m处出现严重喷孔现象。     

冲击地压关键层远程区域水力压裂防治技术

针对我国目前冲击地压防治工程人员身处冲击危险区域,无法实现区域先行、超前治理的局面,论文提出了矿井冲击地压关键层远程钻孔水力压裂防治技术。分析了我国冲击地压矿井的地质条件和近几年重大冲击地压灾害的特点,认为华北石炭—二叠系煤田和侏罗系煤田很多冲击地压煤矿煤层上覆地层,普遍发育厚层坚硬的砂岩关键层,能量的释放符合冲击地压形成的“3因素”理论。经论证,关键层脆性强,硬度大,易于压裂,利用水力压裂法解除地应力是合适的;井下长钻孔、地面深孔和地面导斜钻孔的施工技术和钻孔水力压裂技术已成熟,实现远程钻孔水力压裂区域性的防治冲击地压是可行的。工业性试验显示,井下长钻孔顺层分段水力压裂长度可达800 m,水压可达40 MPa,裂缝半径为40 m;地面垂直钻孔分段压裂深度可达3000 m,压裂段高>100 m,压力达80 MPa,裂缝半径为100~200 m;地面导斜钻孔水平顺层段长度达1000 m,压力达80 MPa,裂缝半径为100~150 m;压裂前后煤体应力或支架压力的检测数据对比显示,压裂后的应力较压裂前降低了10 MPa以上,满足区域治理的要求,钻孔远程水力压裂在防治冲击地压上较传统方法具有显著超前优势、区域优势、效率优势、安全优势和环保优势,可以做到冲击地压防治区段的无人化,满足区域先行、超前治理的国家要求。     

顶板水力压裂防治冲击地压效果评价研究

水力压裂在顶板型冲击地压防治中应用广泛。为了研究顶板水力压裂在红庆河煤矿402工作面应用效果,基于微震监测数据使用峰度和偏度指标对工作面在实体煤、单侧采空、水力压裂3种开采时期煤岩体破裂的分布形态进行了定量化研究;同时使用微震能量及b值评价了3个开采时期冲击危险性的变化。研究结果表明：水力压裂开采阶段和单侧采空开采阶段的偏度分别达到-0.677和-0.317,水力压裂开采阶段的负偏态性高于单侧采空时期,煤岩体破裂区域前移;水力压裂开采阶段的峰度为0.302,低于单侧采空时期的0.846,煤岩体破裂集中程度显著降低,水力压裂改变了煤岩体破裂的分布形态。与单侧采空开采阶段相比在更高的开采强度下,水力压裂开采时期的微震事件总频次显著增加、微震总能量和每米释放能量明显降低,煤岩体内积聚的总能量呈现降低态势,煤岩体内的弹性能以小能量的形式进行释放;水力压裂开采阶段的b值明显高于单侧采空开采阶段,水力压裂的施工降低该开采区域的冲击危险性。     

孟村煤矿坚硬顶板工作面冲击地压防治技术应用

为获取强冲击危险工作面的防冲关键数据,针对孟村煤矿401101首采工作面具有的坚硬顶板、大断层、大向斜等地质构造特点,在回采期间对工作面回风巷开展水力压裂弱化坚硬顶板技术试验,同时布设微震监测系统对试验期间的冲击地压能量事件进行监测,以考察压裂的实际效果。试验结果表明,工作面推采至压裂区域后,日均总能量及频次都降低了17%;回顺范围内的每日微震事件总能量和频次普遍比运顺低,尤其在受F1断层影响的区域更为明显;进入压裂区后,回顺侧大能量事件随即有所降低,运顺侧较为滞后,且发生在工作面前方的微震事件占比逐渐增大,微震事件逐渐由工作面后方向工作面前方转移,同时,微震事件位置在工作面前方范围内基本呈均匀分布。     

胡家河地面水平井压裂防治冲击地压管理实践

胡家河矿为解决回采工作面高位坚硬顶板难以及时垮落的问题，引进地面“L”型水平井分段压裂技术，采取井上和井下联合监测压裂施工的方法，对压裂效果进行分析。胡家河矿在施工开展期间为规范压裂技术实施、合理分配人员和及时解决现场问题，构建了以“地面水平井分段压裂”为中心，“五+”协作统筹推进工作，做到六项反馈与确认，七大环节优化，最终形成了“156677”地面水力压裂管理体系。为推动同类矿井冲击地压防治技术研究工作提供新思路。     

基于分区弱化的复合坚硬顶板冲击地压分段压裂区域防治研究

针对复合坚硬顶板联动效应引发的冲击地压灾害,基于复合坚硬顶板的赋存特征,结合弹性力学理论,分析了高-低位坚硬顶板矿压显现特征,建立复合坚硬顶板破断形态和断块铰接形态判识的力学模型,分析了复合坚硬顶板岩层破断形态,研究了复合坚硬顶板协同破断机制,揭示了协同破断易释放巨大的冲击动能,形成冲击灾害的原理。依托坚硬顶板分区降能的弱化防治理念,提出了煤矿井下定向长钻孔裸眼分段水力压裂“高-低”位协同超前区域防治冲击地压灾害技术模式,并设计了错步式分段压裂段工程布置。工程试验得出：复合坚硬顶板高、低位定向钻裸眼分段压裂协同弱化后,顶板微震事件频次、总能量、顶板来压步距及来压范围分别降低42.17%、31.07%、 33.69%、57.14%,合理有效防治了复合坚硬顶板冲击地压灾害。通过顶板分段水力压裂实施,顶板岩体被压裂成若干小块时,大幅降低了蓄积能量,并伴随压裂成缝过程的能量损耗,实现了复合坚硬顶板的分区分段可控破断距的垮落,实现顶板应力的转移、消散及动力灾害有效控制,为同类地质条件下冲击地压灾害区域弱化治理提供技术借鉴。     

煤层注水防治冲击地压

煤层注水不但可以防治冲击地压,而且还可以防治瓦斯和煤尘、改善井下工作环境,因此,必须重视煤矿的煤层注水工作。一、煤层注水防治冲击地压原理冲击地压实质上是煤岩体突然被抛出的一种动力现象,是矿山压力的一种特殊形式。冲击地压发生的充分必要条件是强度准则能量准则冲击倾向准则K/K‘≥1式中б_1、б_2——自重应力和构造应力;б_3、б_4——由于开采引起的附加应力和其它条件(如CH_4、H_2O、温度等)引起的应力;     

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。     

复合顶板下冲击地压煤层综放工作面微震特征分析

以小庄煤矿40204综放工作面为例,对复合顶板下冲击地压煤层综放工作面微震事件分布及活动特征进行分析,重点分析了微震事件的周期性规律、微震活动与采动应力的关系及其沿工作面倾向的分布规律。通过分析发现,复合顶板条件下40204采空区对工作面超前应力集中影响较小,但相邻采空区对邻空巷道的影响较大。当形成大面积采空区时,采空区上方的高位顶板会形成联动效应,增大了复合顶板对工作面冲击危险性的影响。根据微震特征分析结果,制订了复合顶板下防冲卸压措施。40204工作面已回采结束,未发生冲击显现,表明采取的卸压解危措施较为合理,微震监测结果符合客观实际。     

高压水力压裂技术在冲击地压防治中的应用

高压水力压裂技术近年来在煤矿得到了广泛应用,不仅改变了煤体的裂隙结构,而且降低了煤的弹性和储蓄能量的能力,从而到达到消除冲击地压危险性的目的。常村煤矿在有强冲击地压危险性的采掘工作面实施了这一技术,从而防止了冲击地压的发生和产生冲击地压的强度。     

坚硬顶板孤岛工作面冲击地压的安全防治

针对孤岛工作面具有近60m的中砂岩坚硬顶板,采取预掘中间巷超前卸压、矿压动态监测、钻屑法预测、煤层超前注水、增加墩柱等安全措施,安全采出近12万t煤炭资源.     

应用卸压钻孔防治冲击地压灾害的探讨

该文结合大同忻州窑矿对卸压钻孔在空间的最优位置选择、孔径选择及钻空间的组合等进行了探讨,为进行综合防控冲击地压提供了技术依据,可供具有冲击地压危害的矿井参考。     

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。     

冲击地压煤层复合多灾协同防治技术及应用

矿井深部开采过程中呈现出冲击地压、瓦斯、自然发火等多灾害共生、耦合等特点,灾害之间具有诱发、转化、耦合等关联现象,且致灾机理复杂。不同灾害的单项治理措施隶属于不同部门,导致治理措施协同效果差及治理尚缺乏针对性的技术方法。基于此,讨论了冲击地压多灾害共生及致灾的现状,提出了冲击地压复合多灾的概念及灾害复合方式,结合各灾害治理中用到的水力化措施及其时空关系,提出了冲击地压煤层“钻-割-压-抽-注”多灾害协同防治方法并在唐口煤业6304工作面进行了工业性试验。通过对顺层长钻孔顺序实施钻进、水力割缝、水力压裂、瓦斯抽采、煤层注水、压注阻化剂等技术措施,实现局部高应力的有效释放、煤岩力学性质的改变,煤层透气性的大幅度提高,煤体注水湿润半径的增大和煤体含水率的增加,降低煤炭自燃的危险性,实现了多种灾害协同防治。     

深井厚硬顶板下煤层开采冲击地压发生机理与防治技术

以某千米深井内74101工作面为工程地质背景,通过该工作面回采期间受顶板砂岩增厚赋存区影响而诱发冲击地压事故为研究点,基于动静载叠加理论对冲击地压事故的诱冲机理进行了理论分析.在此基础上提出采用矿震震动波CT反演技术对顶板砂岩增厚赋存区进行精细定位,并提出采用切顶爆破和卸压爆破措施对该影响区范围内的顶板和煤体进行卸压解...     

高压水力压裂技术在冲击地压矿井中的应用

高压水力压裂技术近年来在煤矿得到了广泛应用,不仅改变了煤体的裂隙结构,而且降低了煤的弹性和储蓄能量的能力,从而达到消除冲击地压危险性的目的.跃进煤矿在有强冲击地压危险性的采掘工作面实施了这一技术,从而防止了冲击地压的发生和产生冲击地压的强度.     

巷道冲击地压防治技术实践

为了防止冲击地压事故的发生,窑矿在分析了冲击地压发生区域采面的具体情况后,实施了卸压槽爆破技术,有效地防治了冲击地压的发生,取得了很好的技术经济效益,为巷道冲击地压的防治开辟了一条新途径。     

深部煤层工作面冲击地压分析与防治

为解决深部煤层工作面易产生冲击地压的问题,以彬长煤矿40309深部煤层工作面为研究对象,通过理论计算,现场监测,对深部煤层工作面冲击地压的防治展开研究.研究结果表明:大埋深和较大空间采空区是产生冲击地压的主要因素;钻孔卸压工作面与相邻未卸压工作面相比残余支承应力峰值降低了 1.4倍,残余支承应力向巷道深部转移20 m.