关键层运动诱发矿震的SOS微震监测分析

为有效预防深部矿井综放工作面矿震事故的发生,采用SOS微震监测系统并结合数值模拟的手段对东滩煤矿1305工作面关键层运动诱发矿震活动进行研究。结果表明,可以依据微震事件的空间分布对关键层进行划分;开采1305工作面3#煤层引起关键层砂岩的破裂,其破裂过程诱导震源点先是在老顶积聚,后逐渐向上方岩层发展,等到开采后又再次降低到老顶附近;砂岩层对下部岩体的突然加载,将为冲击地压的发生创造必要的应力条件;冲击地压显现地点不一定就是矿震震源发生地点;矿震震源点集中分布在关键层垂直应力增高区附近。     

坚硬顶板多层煤开采动力灾害治理研究

以鹤岗矿区富力煤矿62184工作面为背景,开展了坚硬顶板多煤层开采动力灾害(矿震和矿震诱发的冲击地压)治理技术研究。根据已发生的多次冲击显现分析了坚硬顶板多层煤开采条件下冲击地压发生原因。根据微地震监测数据确定了对工作面冲击危险产生主要影响的坚硬岩层。提出从降低静载荷、削弱动载荷、增强抗冲能力、完善冲击危险性监测预警4个方面开展针对性的冲击地压综合治理工作,以此为依据制定的冲击地压防治措施在现场施工后起到良好效果。     

综放开采覆岩大结构作用下的冲击地压形成机制

覆岩结构影响着煤矿的矿压显现,甚至会引发冲击地压,因此,有必要对覆岩结构形成与演化规律进行深入研究。基于关键层理论提出了综放工作面"板-壳"覆岩大结构模型,分析了大结构作用下围岩应力演化特征。推导出覆岩大结构失稳能量释放表达式,得到了冲击地压发生的临界能量。采用微震监测方法,研究了矿震的空间分布和能量变化规律,研究得到:基本顶、亚关键层和主关键层组成的"板-壳"覆岩结构逐步演化,结构掩护下的矿震总能量依次程阶梯式上升,结构失稳矿震的总能量跳跃式增加;综放工作面主关键层控制的覆岩大结构失稳易引起的冲击地压。矿压监测表明:围岩应力下降突变由于板-壳结构失稳,上升突变由于结构下部岩层的周期破断引起的;覆岩大结构失稳的动压以及顶煤和直接顶产生的静压共同作用引起支架压力显著上升。     

鹤岗矿区矿震发生类型、原因及诱冲机制

矿震主要发生在井下,具有突发性、连锁反应的特点,给井下安全生产带来很大危害,也对地面设施构成破坏和威胁。冲击地压是矿震的一种形式,每一次冲击地压的发生都与岩体震动有关。矿震诱发的冲击地压灾害是鹤岗矿区主要灾害之一,统计分析鹤岗矿区权属矿井发生的数十起冲击地压及伴随的矿震,可分为煤体应力型矿震、煤柱失稳型矿震、构造诱发型矿震和厚硬顶板断裂型矿震,不同类型矿震产生的原因及其诱发冲击地压机制各不相同。矿震形成的动载是冲击地压发生的重要力源,动载扰动对煤岩体的致裂、闭锁作用以及与煤岩体自身的静载共同作用诱发煤岩系统发生冲击破坏。     

倾斜厚煤层综放工作面煤柱-关键层结构失稳型矿震机理

采空区遗留煤柱支撑顶板导致厚硬关键层悬顶面积大幅增大,形成的“煤柱-关键层”结构失稳是诱发矿震和冲击地压灾害的主要原因。以新疆硫磺沟煤矿(4-5)06矿震频发工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、微震监测和现场调研等方法,研究了“采空区遗留煤柱-关键层”组成的覆岩空间结构特征,分析了采空区遗留煤柱应力演化规律和关键层力学结构特性,建立了非对称覆岩空间结构下采空区遗留煤柱应力分布估算模型和倾斜关键层极限跨度计算力学模型,揭示了倾斜厚煤层综放工作面“煤柱-关键层”结构失稳型矿震发生机理：采空区遗留煤柱支撑顶板形成“煤柱-关键层”结构,随着工作面开采范围增大,煤柱应力集中程度不断增加,当煤柱集中应力超过其极限承载能力发生失稳时,悬露关键层长度超过其极限跨度,发生破断失稳并诱发矿震和冲击地压灾害。据此建立了包含遗留煤柱整体失稳冲击倾向性指数和关键层极限跨距的“煤柱-关键层”结构失稳型矿震发生判别准则,并采用数值模拟和微震监测进行了验证。按照“有震无灾”的防治原则,提出了“煤柱-关键层”结构下工作面“减震-防冲”的技术措施,分析了工作面推采速度与大能量微震事件的关系,确立了降低工作面矿震能量...     

基于冲击地压-矿震协同控制的隔离煤柱合理宽度研究

针对陕蒙地区深部矿区工作面隔离煤柱宽度设计不合理导致冲击地压和矿震频发的现状,采用案例调研、理论分析和现场监测等方法,对隔离煤柱区冲击地压和矿震的发生机理及隔离煤柱合理宽度进行了研究。以近年来陕蒙深部矿区工作面在隔离煤柱区发生的3起典型冲击地压和矿震事件为工程背景,根据动力显现特征和诱发机理不同,将其分为煤柱局部破坏型冲击地压、煤柱整体失稳型冲击地压和煤柱区厚硬砂岩组破断型矿震3类。分别建立了采空区侧向支承压力估算模型、采空区转移应力估算模型、煤柱承载应力估算模型和关键层挠度弯曲变形力学模型,揭示了不同宽度隔离煤柱诱发局部冲击、整体冲击和矿震的机理。研究结果表明:2101工作面和2201工作面间隔离煤柱不发生局部冲击的宽度为5～6 m或不小于128 m;不发整体冲击失稳的宽度为不小于138 m;不发生矿震的宽度为498 m。在此基础上探讨了不同宽度隔离煤柱对冲击地压和矿震的影响,提出了基于冲击地压-矿震协同控制的合理隔离煤柱宽度设计方法,以期为陕蒙深部矿区相似条件工作面隔离煤柱宽度设计提供参考。     

利用矿震诱发冲击地压力学机理预判工作面动力灾害危险区

在复合厚煤层中容易发生矿震诱发冲击地压型的矿山动力灾害,厚层坚硬岩层中水平应力突变是诱发矿震的主要原因,煤层附近垂直应力突变是诱发冲击地压的主要原因,根据矿震诱发冲击地压力学机理对工作面危险区进行划分就尤为重要。     

华丰矿冲击地压原因的探讨

本文对华丰矿四煤层冲击地压发生原因作了深入的探讨,得出了四煤层冲击地压主要是由于它本身具有冲击倾向和深部坚硬厚砾岩层等赋存条件所引起的;同时也提出了由于开采而留设区段煤柱是一个不可忽视的影响因素。最后对华丰矿冲击地压的预防措施提出了几点认识。     

伊犁四矿薄基软岩地层工作面冲击地压原因分析

基于冲击地压理论研究和现场实践,根据伊犁四矿矿井延深工程所引起的下山大巷矿震现象,对该矿二水平延深工程薄基软岩地层回采工作面发生冲击地压的原因进行了分析,提出了以分析矿井地质采矿条件为前提、以岩石物理力学性质测定为方法、以冲击地压诱因为依据、根据井上井下影响情况为表征的薄基软岩地层工作面发生冲击地压可能性理论。结合该矿地层情况及煤层所在地层的岩性,对矿井+660 m水平岩石含水率、煤层及顶板单轴抗压强度进行了测定,并收集记录煤岩样各类物理力学参数,同时对岩石性质进行了分析。结合几种引起冲击地压的常见理论及考虑引起冲击地压的主要因素,分析了该矿回采工作面实际冒落、采动应力及地面沉降情况,最后深刻剖析了该矿延深下山大巷矿震的原因。研究结果表明:伊犁四矿+350 m水平延深巷道原岩应力较小,且岩石含水率比重较小,属于地质软岩范畴,不存在巨厚坚硬顶板,煤层赋存条件好,+350 m水平以上工程地质简单,不存在大的地质构造。采动后软弱岩层随采随冒,不会形成大面积悬顶,使采动应力及时释放。+350 m水平延深巷道虽矿震频繁,但是矿震能量较小,属于微震现象,不会发生灾害事故。需加强巷道质量控制,控制巷...     

基于微震监测的深埋“两硬”综放面覆岩运动规律研究

基于微震监测技术结合关键层理论对深埋"两硬"综放面覆岩运动规律进行了研究,并以此预测了星村煤矿3302工作面发生矿震可能诱发冲击地压的步距。结果表明:顶板平均断裂高度为82.5 m;第3坚硬岩层断裂后形成"砌体梁"是周期来压的主要成因,步距为36.3~38.7 m,平均37.6 m;高位第6坚硬岩层破裂产生的来压步距为50.4~64.8 m,平均57.6 m。在见方期间第3,6坚硬岩层同时破断,此时顶板80 m以上多层坚硬砂岩一起断裂释放大量弹性能更易产生动力冲击现象。在预计的位置发生2次1.5级以上的矿震,证明了对矿震预测的可行性。     

矿井深部开采冲击地压发生的规律及影响因素

论文总结了开滦矿区唐山煤矿矿井冲击地压发生的一般规律，将冲击地压的影响因素按照力源因素进行了系统分析，指出构造应力和构造应力大是发生冲击地压的重要因素，在工作面开采过程中坚硬顶板断裂是发生冲击地压的主导因素。     

矿井群冲击地压发生机理与控制技术探讨

大型地质体控制下,相邻矿井开采过程中时常发生冲击地压。为研究大型断层和巨厚砾岩层顶板条件下两个相邻矿井间相邻工作面开采过程中冲击地压的发生机理,以义马矿区跃进矿23070工作面和常村矿21220工作面为实际工程背景,对两工作面回采期间冲击显现特征和微震事件时空演化及能量特征展开现场实测分析,并对井间覆岩结构应力分布开展理论分析和数值模拟。研究结果表明,义马矿区F16逆冲断层的活化运动和巨厚砾岩层的整体控制作用,为冲击地压的孕灾提供了力源条件,井间相邻工作面同时回采期间,采空区上覆岩梁与井间煤岩柱系统构成“非对称T形”结构,21220工作面煤体冲击导致应力转移至井间煤柱和23070工作面,从而诱发23070工作面冲击;井间开采扰动导致应力转移并诱发冲击地压,与滞后开采工作面初始冲击强度及推进长度具有密切关系;基于理论与工程实测结果,提出了以弱化矿井间高应力传递的结构链为核心的井间“弱链增耗”防冲技术。为巨厚砾岩层顶板矿井群开采条件下相邻矿井工作面冲击地压发生机理及控制技术的研究提供理论基础。     

逆冲断层和巨厚砾岩耦合作用诱冲机制研究

为研究巨厚砾岩与大型逆冲断层控制下耿村煤矿13230工作面冲击地压发生机理,对其掘进与回采期间地质特征、微震时空演化、b值及能量特征和地表沉降变化特征展开现场实测分析。研究结果表明：F16断层逆冲滑移运动产生的高水平应力和巨厚砾岩大面积悬顶产生的高垂直应力为冲击地压孕灾提供了力源条件|13230工作面掘进末期、开切眼及回采初期距离F16断层较远,断层滑移运动影响较小而巨厚砾岩运动作用影响较大,煤岩体能量增长式积聚最终诱发剧烈的冲击地压事故|随着13230工作面逐渐向断层靠近,断层滑移运动影响增强,地表抬升现象明显,煤岩体能量均匀性积聚最终诱发集中式较轻微的冲击显现。研究结果为巨厚砾岩和逆冲断层影响下13230工作面冲击地压发生机理的研究提供理论基础。     

冲击矿压工作面卸压巷卸压法探讨

介绍了卸压巷的卸压原理以及冲击危险面常用的一些卸压解危方法。通过将卸压巷卸压法应用于冲击矿压工作面,并在现场采用电磁辐射技术对其卸压效果进行了检验,说明采用卸压巷能够对冲击矿压工作面起到比较好的卸压效果,为冲击矿压的防治提供了一种可行措施。     

三河尖煤矿高应力区冲击矿压动态防治实践

介绍三河尖矿采用动态防治的方法,在具有冲击倾向的9202工作面高应力地区成功防治冲击矿压的技术实践。     

采动诱冲动能估算及冲击危险性评价

能量积聚与释放作为煤矿冲击地压发生的基本力学机制,成为近些年来学术界与工程界关注的热点之一。如何突破传统的以应力-应变曲线为基础的形变能诱灾机理现状,探讨动能驱动诱冲机理是科学解答冲击地压的瓶颈。根据回采工作面开采所引起的支承分布压力变化,基于开采扰动原理,推导了因采动导致煤体内产生动能计算方法,得到了不同深度、不同塑性区宽度、不同推进度与所产生动能之间关系,提出了冲击危险性动能评估指标。研究表明,工作面超前支承压力集中区产生的高变形能的释放是煤体破坏的必要条件,而支承压力变化促使变形能释放转化形成的动能是驱动煤体动力破坏失稳的充分条件;通过对开采进尺小于和大于塑性区宽度时支承压力变化所引起动能计算发现,当开采进尺大于0.8倍的塑性区宽度时将开始产生动能;当开采进尺一定时,塑性区宽度越大,产生的动能就越小,因此松动爆破、大直径卸压钻孔等手段增大塑性区宽度有利于动能的降低;若开采进尺越大,则产生动能就越高,因此,降低推采速度减少进尺有利于降低产生的动能,基于获得的开采进尺与动能量级的关系,可以定量给出满足防冲要求的安全开采进尺,这为解答如何确定不同冲击地压煤层容许进尺提供了定量方法;根据单位体积煤体所承受动能与单位体积煤体所能够贮存的弹性能的比值,定义冲击危险性动能评估指标,强调动能驱动机制,这将更有利于判断冲击危险性程度。     

深部开采过程中构造型冲击地压的能量级别预测

根据深部开采过程中构造型冲击地压的发生规律 ,提出并建立了“开采扰动势”这一概念 ,并在此基础上 ,对冲击地压事件的能量特征与开采量、开采深度及开采活动距控制性构造的位置之间的定量关系进行了分析。对抚顺市老虎台煤矿冲击地压活动与人工开采扰动之间关系的分析结果表明 ,对于构造型冲击地压 ,其总能量和单个事件的能量级别可以进行预测。     

冲击地压后瓦斯异常涌出条件及致灾原因分析

针对冲击发生后瓦斯异常涌出的现象,分析了煤岩微裂隙状态、温度等因素在冲击地压发生前后的变化以及冲击地压引起矿体震动对瓦斯吸附能力的影响,从多角度分析了冲击地压发生后导致瓦斯异常涌出的条件和原因。通过理论计算,瓦斯渗透试验等手段,研究了煤体受载过程中孔隙度和渗透性的变化规律;在含气煤本构方程的基础上,利用三轴加载条件下应力-渗透率关系计算得到了煤样加载过程中的渗透率的变化曲线。结果表明:冲击地压的发生确实存在导致瓦斯异常涌出的条件,而瓦斯对煤体存在力学和非力学的作用,可以导致煤体强度下降,脆性增强,并能够加速煤体的失稳破坏;煤体孔隙度和渗透率在三轴加载条件下会有先降低后增大的趋势,在应力达到破坏载荷的70%左右时,孔隙度和渗透率急剧增长;煤岩体内裂纹扩展,渗透性能增加是高瓦斯矿井冲击地压发生后瓦斯大量涌出的最直接的原因,矿体震动、煤岩体温度升高等冲击地压的伴生现象在一定程度上会促进瓦斯解吸和逸出。     

平顶山十一矿深部煤层冲击矿压防治技术

介绍了平顶山十一矿己二采区集中运输巷在掘进过程中冲击矿压的预测预报及防治技术,其治理过程是先分析冲击危险程度,确定冲击危险指数,再采用电磁辐射仪和钻屑法进行预测预报,对危险区段立即采用卸压爆破技术进行防治.