深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究与实践

以义马常村煤矿深部冲击地压巷道为工程背景,介绍了深部冲击地压巷道围岩地质力学参数分布特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征及主要影响因素,揭示出锚杆支护对冲击地压巷道变形的本质作用是保持围岩完整性,在围岩中形成支护应力场,降低应力集中系数,改善巷道围岩应力分布,充分发挥围岩的抗冲击能力。提出冲击地压巷道支护形式选择原则,介绍了高冲击韧性锚杆支护材料力学性能及锚杆支护参数设计方法。针对常村煤矿21220下巷条件,提出以全长预应力锚固、高强度、高冲击韧性锚杆与锚索支护为主,以金属支架为辅的复合支护方式,并进行了井下工业性试验。矿压监测数据表明,该种支护方式与围岩的整体抗冲击能力强,能够有效控制深部冲击地压巷道变形与破坏。在冲击能量影响下,锚杆、锚索受力特征明显不同于普通巷道,呈波浪状或锯齿状变化趋势。     

基于UDEC软件煤矿巷道断面离散元分析

针对煤矿深部开采条件下,不同巷道断面形状开挖引起的围岩体能量变化规律,采用通用离散元UDEC软件建立不同巷道断面形状模型,并选择软件自带的能量模块分析巷道能量释放特征,分析巷道冲击地压危险性,根据煤矿巷道能量释放离散元分析结果,为掘进巷道断面设计及煤层冲击倾向性评价提供依据,对巷道断面形状选择冲击地压预防具有重要意义。     

深井冲击地压回采巷道围岩变形破坏规律研究

为了掌握深埋坚硬特厚煤层冲击地压作用下的巷道围岩变形规律,为深部矿井深化冲击地压防治提供依据,采用理论分析、FLAC3D数值模拟及现场试验等综合手段,研究了胡家河煤矿回采期间受冲击地压影响的402102工作面回风巷围岩冲击变形破坏机制及破坏规律。研究结果表明：深部条件下回采扰动达到一定程度后,巷道围岩变形会急剧增长,距离工作面越近,变形变化趋势越大,顶板围岩受超前支护影响变形趋于平缓,最大围岩位移量达180mm|在距离工作面前方45～55m范围内,巷道围岩受采动影响剧烈,围岩变形明显,主要表现为顶板及煤柱侧围岩变形,且顶板围岩塑性区破坏深度达3m以上。     

深井冲击地压回采巷道围岩变形破坏规律研究

为了掌握深埋坚硬特厚煤层冲击地压作用下的巷道围岩变形规律,为深部矿井深化冲击地压防治提供依据,采用理论分析、FLAC3D数值模拟及现场试验等综合手段,研究了胡家河煤矿回采期间受冲击地压影响的402102工作面回风巷围岩冲击变形破坏机制及破坏规律。研究结果表明：深部条件下回采扰动达到一定程度后,巷道围岩变形会急剧增长,距离工作面越近,变形变化趋势越大,顶板围岩受超前支护影响变形趋于平缓,最大围岩位移量达180mm|在距离工作面前方45～55m范围内,巷道围岩受采动影响剧烈,围岩变形明显,主要表现为顶板及煤柱侧围岩变形,且顶板围岩塑性区破坏深度达3m以上。     

冲击地压巷道柔性蓄能支护控制原理及应用

深部冲击地压巷道的防治问题已成为目前急需解决的难题,根据冲击地压巷道冲击破坏机理及特征,提出了基于卸压-支护协同控制的强弱强控制原理,为了减小冲击震源能量,通过在煤岩体内部设置破碎体来耗散冲击波能量,同时加强巷道围岩的支护结构强度,两者协同作用来达到控制冲击对巷道的破坏。对研究成果进行了现场应用,根据某矿的实际情况,采用了锚网+"O"型棚联合支护结构进行了现场工业性试验,试验期间发生多次冲击地压事件,双层支护结构柔性变形,使冲击能量得到释放,支护体系基本保持完好,很好的控制了冲击地压灾害。     

岩体冲击地压危险性的评价

冲击地压是矿山压力的最危险的显现形式之一。冲击地压会给生产过程造成严重的破坏,会使地下构筑物遭受破坏。掘进巷道时的重要任务是查明岩体的冲击地压危险性,以便及时采取预防措施。岩体冲击地压的危险状态受采矿技术和地质因素的影响。巷道掘进本身应当首先认为是采矿技术因素,巷道造成在岩体中出现暴露面。这一因素的重要性是很明显的,因为不存在空区和结构破坏时,岩体则处在全面压缩条件下,类似于未扰动的静水介质,此时冲击地压的概念失去了意义。由重力和地质构造力所造成的岩体应力,巷道断面形     

朝阳煤矿深部冲击倾向性试验研究

冲击地压灾害防治是深部开采面临的重要难题之一。朝阳煤矿采深在600 m水平以上,后期开采将达到1 200 m。开采初期出现了微弱冲击动力现象,为评价深部煤层的冲击危险性,对不同地点煤层的力学性质与动态破坏特性进行了试验研究,获得了深部煤层冲击倾向性评判结果,同时对深部煤岩体浸水后对冲击倾向的影响进行了研究,为防治冲击地压提供了试验依据。     

论矿山冲击地压危险性等级

国内外开采有冲击地压危险矿床的实践表明,冲击地压的显现强度可能差异很大,从巷道帮壁的小范围破坏和工作面岩体冒落1～2米~3(如岩石射出、微冲击)到发生灾变性的冲击地压。在发生冲击地压时破坏面积大和岩体冒落量多,在此范围内实际上所有巷道均受到破坏或不能使用。1979年库兹巴斯乌辛斯卡雅矿发生的冲击地压(矿层的     

冲击地压矿井巷道U型钢支护极限承载能力研究

煤矿巷道围岩的冲击破坏程度与支护形式密切相关,探究冲击地压矿井巷道U型钢的极限承载能力,是研究深部煤炭资源安全开采的重要课题,对矿井冲击地压的防治具有重要意义.本文以义马煤田典型冲击地压矿井为工程背景,建立均匀围压条件下U型钢支护变形的力学模型,给出U型钢变形量的解析解,对比分析均匀和不均匀荷载作用下U型钢和巷道的变形...     

深部双煤柱巷道冲击地压发生机制

针对红庆河煤矿深部双煤柱工作面临空巷道冲击地压显现强烈、破坏范围大、影响因素复杂的特征,采用地表观测、煤体应力监测、微震监测的方法,分析了影响静载荷的埋深、双宽煤柱留设和采动影响,以及影响动载的厚层顶板岩层结构和垮冒不充分的相邻采空区,研究了冲击地压发生的静载荷、动载荷演化过程,揭示了深部双煤柱巷道冲击地压发生机制。研究表明:深部双煤柱引起3-1103新辅运静载荷的组成包括基础载荷、采动应力及煤柱的侧向应力,叠加后的静载荷达到垂直应力的1.4～4.5倍,静载荷达到24.9～80.1 MPa,接近或超过煤体发生冲击地压的临界载荷;煤柱上方岩层结构向煤柱深部破坏失稳,释放弯曲下沉过程积聚的弹性能,引起煤柱的煤体应力升高,煤岩体的应力向深部转移,破坏位置距离3-1103工作面越来越近,从而诱发具有高应力集中的煤岩体失稳。     

冲击地压源的岩石破坏机理

冲击地压源岩石“瞬时爆炸性”破坏机理是冲击地压方面尚未解决的问题之一。一般认为,冲击地压是巷道影响地带岩体极限应力部位破坏的结果,这种破坏是在该部位岩体的应力变化速度超过其松弛速度时发生的。这样,就把岩体的脆性系数N>1的条件看成是产生冲击地压的原因。大家知道,岩石,其中包括煤的松弛时间并非以秒计,而是以年、月来计量的。因此,即使T_(min)相似文献   

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。     

采掘工作面冲击地压防治

为了能够更好地防治冲击地压,通过分析现有防治冲击地压的技术方法,提出了集束卸压孔防治冲击地压的方法.在巷道周围或工作面顶底板附近,打集束卸压孔,大量取出岩煤,在垂直钻孔的围岩断面上形成一个呈多孔状的弱面,在空间中形成一系列空岩管覆盖或围绕在一定距离的巷道周围或工作面顶底板中.当集中应力作用于巷道围岩时,首先破坏该弱面结构消耗能量,破坏后的该弱面会中断或减弱应力传递,并导致应力集中区向两侧深部岩体转移(采空区或较安全位置),保护巷道不产生或减少两帮挤进和底鼓.当发生地压冲击时,集中应力主要作用于两侧深部煤岩体,从而保护采掘巷道和局部工作面,确保人员设备安全与生产连续进行.     

“深部井巷围岩控制及煤炭高效回收工程科技论坛”专题学术论文编者按

我国煤炭资源开发不断向深部发展,深部井巷围岩控制理论与技术对保障我国深部煤矿安全、高效建设与生产具有重要意义。煤炭高效回收是提高煤矿效益、煤炭资源回收率及延长矿井服务年限的关键技术。本期前16篇论文是从“深部井巷围岩控制及煤炭高效回收工程科技论坛”提交的论文中,优选出的有代表性论文,研究内容涉及深部与复杂困难巷道、硐室围岩变形破坏机制、围岩控制理论及控制技术;深部采场矿压显现特征,采煤工作面煤壁破坏机理与防治;深井无煤柱煤与瓦斯共采技术;冲击地压危险性评价,冲击载荷作用下煤岩体破坏特征,深部冲击地压巷道围岩控制技术等。希望本期“深部井巷围岩控制及煤炭高效回收工程科技论坛”专题学术论文能够为从事该领域研究的学者提供参考与帮助。     

煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术

建立了冲击地压巷道"应力-围岩-支护"力学模型,得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力,停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。基于巷道围岩与支护体动力响应分析发现,冲击地压发生过程中围岩阻尼特性、锚固岩体的抗冲击吸能特性及巷内支护体的阻尼及刚度对冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性具有重要影响。提出巷道冲击地压防冲支护应从静-动力学两个角度,同时考虑"启动—破坏—停止"全过程。①在冲击启动前,依据冲击启动的应力条件降低煤体应力,减少弹性能积聚,提高支护阻力,增加启动难度;②依据冲击停止的能量条件,在冲击过程中,通过改变煤岩体结构与介质属性,吸收或消耗冲击能;③在冲击应力波传播的末端,通过提高巷内支护结构阻尼吸收剩余冲击能,减弱冲击应力波对巷道支护结构的破坏。提出冲击地压巷道支护结构应具有让压可缩与吸能特性,防冲支护应根据冲击地压能量特性进行分级设计。研发了吸能锚杆索、吸能O型棚、吸能液压支架等吸能支护装备,利用吸能构件的结合及功能互补特性建立了三级吸能支护体系,三级吸能支护系统具有径向让位、环向可缩以及轴向稳定特性,实现了冲击地压巷道三维...     

冲击地压巷道减隔震技术原理及应用

冲击地压是煤矿开采过程中最严重的动力灾害之一,对煤矿安全开采造成了极大威胁。统计表明,约90%的冲击地压发生在巷道中,致使巷道损坏、垮冒甚至闭合以及人员伤亡。巷道支护已成为防治冲击地压的最后一道防线。基于冲击地压巷道围岩破坏过程及关键影响因素分析,研究了深部冲击地压巷道减隔震技术手段和实现方法,有效保护了巷道围岩结构的整体稳定性。提出了冲击地压巷道减隔震技术原理:隔震技术是在支护层与原岩之间致裂形成具有显著消波吸能作用的松散煤岩体,吸能机理主要体现在块体松散吸能、旋转吸能、空间散射吸能、反射吸能4个方面;减震技术通过锚杆锚索、O型棚、防冲单元架等支护构件的大延伸及让压位移,经过减震支护构件的强散射和释能作用,保护巷道支护锚固体在瞬间高冲击动载作用下的整体移动性和让压位移特征;隔震+减震的双重组合保护效应,实现了巷道围岩消波降载支护体整体释能抗冲的性能特征,从而维护冲击地压巷道围岩的稳定性。现场实践和微震监测显示:减隔震技术可以有效控制冲击地压巷道变形和破坏,巷道表面监测的微震能量降低了50%,巷道支护效果显著。     

湖西矿800m深井冲击倾向性试验及防治对策研究

冲击地压是一种特殊的矿山动力现象,而冲击倾向性是煤岩体发生冲击地压的内在因素和必要条件。本文对湖西矿主采煤层进行了煤岩冲击倾向性试验研究,对冲击能量指数、弹性能量指数和动态破坏时间三个煤层冲击能量指标,以及弯曲能量指数的岩层冲击能量指标进行了试验和分析,获得该矿深部煤岩冲击倾向性评判结果,在此研究基础上,提出了湖西煤矿未来深部开采时冲击灾害防治对策。     

深部巷道冲击相似试验装置研究

随着煤矿开采深度的不断增加，冲击地压灾害呈现越来越严重的发展态势，给煤矿安全生产和矿工的生命安全造成了极大的威胁。深部巷道开挖相似试验台的设计搭建成为国内外学者研究的难题之一，在测试高空落锤对巷道影响的模拟试验时，由于落锤砸到承压柱后弹起，造成二次冲击而影响实验结果。为了解决该问题，基于巷道冲击地压灾害机理，模拟冲击地压瞬间释放对巷道造成的破坏，设计出一种落锤下落时可以顺利下落、当落锤弹起再次落下时会被托住的试验系统，从而防止巷道冲击试验中落锤的二次撞击，较好地实现了巷道的动态加载。     

冲击地压应力波作用机理

针对动载扰动下大型冲击地压的发生及演化过程难题,分析了采场动载应力波的产生机制,研究了动载应力波与静载耦合作用下煤岩体冲击破坏规律,从应力波的产生、传播与致灾过程详细解释了大型冲击地压演化机理。研究结果表明,采场高位坚硬顶板断裂与深部应力集中区煤体破断所产生的动载应力波幅值随着煤岩体强度增大而升高,应力波持续时间随着破断尺度增大而增大,说明在煤矿开采过程中,顶板或煤体强度越高、破断尺度越大,越容易产生大能量的动载应力波;动静载耦合冲击破坏实验结果证实,高静载、高动载应力波、静载与应力波耦合加载条件均能使煤岩体发生冲击破坏,且随着轴向静载的增大,试样发生冲击破坏所需的临界动载应力波强度先增大后减小,其上升段与下降段的分界点约为单轴抗压强度的50%。当静载达到该临界点时,煤体发生冲击破坏所需的动载应力波强度急剧减小,说明高地应力环境煤岩体受到动载应力波的影响更为显著;现场大尺度模拟分析表明,动载应力波作用下,采场煤岩体塑性破坏区范围逐渐增加并主要集中在巷道两侧,且随着应力波幅值和持续时间增加,塑性破坏区范围不断扩大;研究提出了冲击地压应力波作用机理:动载扰动下冲击地压是静载、动载应力波与煤...     

复杂开采条件下高冲击危险区巷道支护技术研究

为解决深部复杂开采条件下面临的巷道冲击地压问题,通过采场覆岩结构理论研究,得到了工作面支承压力分布特征,采用数值模拟分析了工作面围岩应力分布规律,并根据冲击地压发生机理,预测出了巷道冲击地压发生危险区。在高冲击危险区采取了大直径钻孔卸压和深孔卸压爆破两种防治措施,同时,又采用了以防冲让压锚杆为核心的防冲让压巷道支护技术。工业性试验效果表明:防冲让压支护技术有效解决了复杂开采条件下巷道冲击地压问题,保证了矿井安全高效生产。