基于采动应力监测的深部动力灾害预测技术

随着浅部煤炭资源的日益枯竭,煤炭开采逐步向深部发展。深部煤岩体所处的"三高一扰动"的特殊地质力学环境,导致用传统的围岩支撑压力分布曲线确定应力分布形态必然会出现较大偏差。本文通过对采动应力的理论分析,得出垂向采动应力的异常是引起工作面前方煤岩体采动灾害的重要原因。设计了采动应力监测方法,利用采动集中应力梯度实现了不同测点应力传感器监测值的可比性,并提出了采动应力监测范围应尽可能大和测点布置方案。     

基于光纤光栅采动应力测试的冲击地压预警技术研究

为了提高我国冲击地压预警的准确性,结合光纤光栅测量领域已取得的研究成果,利用光纤光栅钻孔应力计、解调分站作为煤矿井下1孔多点采动应力数据的采集、解调装置,以应力控制理论为指导,研发了以采动应力监测系统软件为数据采集、分析软件,应力梯度为预警指标的冲击地压动态预警技术,集成了基于采动应力测试技术的冲击地压预警系统。研究结果表明:该系统可应用于煤矿工作面采动应力监测和冲击地压动态预警,能准确揭示工作面受采动影响应力的变化情况,推导出工作面应力场的时空演化规律。为矿井冲击地压灾害的预测预警增加一种新方法,从而有效减少冲击地压事故的发生。     

冲击矿压防治的应力控制理论与实践

分析了原岩应力和采动应力对冲击矿压发生的影响,通过采用采动应力监测系统直接监测煤岩体的应力和采用微震监测系统间接监测煤岩体应力的方法,分析了采动引起的应力变化,进而对监测区域内煤岩体的冲击危险性进行了评价;通过对具有冲击危险性的煤岩层实施煤层卸载爆破、深孔断顶爆破和深孔断底爆破技术,进一步验证了冲击矿压防治的应力控制理论,取得了良好的实践效果。     

梁北煤矿11141工作面采动应力分布规律

采用自主研发的采动应力监测系统对梁北煤矿11141工作面进行采动应力实时监测,通过数值模拟及工程实践相结合的方法分析了工作面前方煤体采动应力的变化特征及规律。结果表明,梁北煤矿11141工作面前方煤体内部采动应力变化经过原始稳定期、缓慢增长期、快速增长期以及卸压期4个阶段;采动影响距离为100 m左右,应力峰值为35 MPa左右,应力集中区范围为10~30 m。     

多因素耦合法评定工作面冲击危险性

为克服冲击地压预测预报的盲目性,采用多因素耦合法科学划定受工作面采动影响范围内潜在的冲击危险区及其危险程度。通过在某矿的现场实践,借助于微震监测系统定位分析典型冲击事件,验证了冲击危险区划分的科学性及实用性,有助于受冲击威胁工作面的安全回采。     

采动应力路径下深部煤体扰动特征

为研究采动条件下工作面前方煤体应力变化规律与扰动破坏特征,以平煤十二矿己15-31030工作面为研究对象,通过现场原位实验与三维数值模拟研究,给出了不同应力状态下的扰动强度判别指标,以煤体主应力为中间量,将采动应力与工作面前方煤体破坏特征联系起来,得到了采动应力演化规律及采动应力路径下煤体变形特征。原位单轴实验表明工作面前方煤体采动应力不是单纯的增加,而是经历了原岩应力、缓慢上升、急剧升高、突然卸荷4个状态,而三维数值实验得出侧压力系数大小与扰动状态具有一定的相关性。根据已有的应力路径,数值再现了单向、三向采动应力状态下煤样的变形规律和塑性分布状态。     

基于加卸载响应比的冲击地压矿井急倾斜巨厚煤层推进速度研究

工作面推进速度过快易诱发冲击地压等动力灾害,探讨合理的工作面推进速度已成为冲击地压矿井安全高效开采亟待解决的关键.采用数值模拟、岩石力学试验和现场微震监测等方法,通过研究急倾斜巨厚煤层推进速度影响下工作面前方煤体经历的采动应力路径,分析推进速度采动应力路径下的煤样力学行为特征.完成了采动应力路径下煤样加卸载响应比的变化...     

埋深超千米近距离煤层上行开采防冲技术研究

孙村煤矿已进入-1100m(埋深1280m)水平开采,在高地应力、无上保护层的情况下,常规下行开采冲击地压难以防治。通过反程序上行开采设计,根据工作面工程地质条件,利用微地震监测反演岩层运动特征,采用冲击地压应力在线监测采动应力场分布,结合钻屑量监测验证,对反程序上行开采的可行程度及下保护层的卸压效应从现场实测结果中进行合理分析。结果表明:经过下保护层采动过程中引发的裂隙卸压作用,二层工作面的采动应力降低幅度较大,微地震能量释放较为平稳,均低于10~4J(大于10~5J时,发生冲击危险的机率增大),并根据钻屑法监测结果可以判定工作面无冲击危险。试验验证了反程序上行开采消除了大埋深、无上保护层、强冲击倾向煤层采场的冲击地压危险。     

综放工作面超前支承应力分布规律探究

北七采区3下7110工作面是田陈煤矿的主采工作面,该工作面受冲击地压威胁,特别装备了KJ21冲击地压在线监测系统,利用该系统监测煤体应力,预测预报冲击危险性,确定超前支承应力影响范围。     

千秋矿综放面巨厚悬空砾岩层采动应力分布特征数值模拟研究

利用离散元软件UDEC4.0对千秋矿21141综放工作面在巨厚悬空砾岩层下的采动应力分布进行模拟研究.结果表明,随推采面积的加大,砾岩在不断弯曲变形,挠度增大,砾岩体对工作面前方煤体及切眼后方煤体的作用力逐渐增大,并随煤体的开采而重新分布,因此工作面煤体内部支承应力将随着煤体塑性范围的扩大向深部转移,并重新积聚产生新的冲击危险.     

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。     

冲击矿压危险源及其层次化辨识

冲击矿压发生存在冲击矿压危险源,给出了冲击矿压危险源概念;通过对微震监测技术、地音监测技术以及采动应力监测技术应用效果的对比分析,提出冲击矿压危险源的辨识是冲击矿压防治的前提;冲击矿压危险源辨识技术存在各自适用范围,对于冲击矿压危险源的搜索定位必须实现层次化。     

基于应力法的冲击地压预测系统的研发与应用

冲击地压发生前期,煤岩体深部弹性能量产生传递转移,同时产生间歇性的应力脉冲信号,针对应力脉冲信号的传递特性,利用新研制的冲击地压信号记录监测仪,实现了对应力脉冲信号的连续动态监测与自动分析,开发了冲击地压预测预报信息软件系统,有利于冲击地压的预测预报与防治。     

常村矿“Z型”煤柱区冲击危险性数值模拟研究

常村矿21132工作面冲击矿压多发生在下巷超前支承压力区和"Z型"煤柱区。研究认为,受外错煤柱产生的高应力影响,下巷冲击次数高于上巷;受外错煤柱产生的高应力与延伸工作面侧向支承压力叠加影响,"Z型"煤柱区冲击频发。数值模拟结果显示,21132下巷接近"Z型"煤柱区时,水平应力由19.5MPa增加到22MPa,垂直应力变为原岩应力的2.5倍,解释了"Z型"煤柱区冲击频发的原因,预示着工作面推进至"Z型"煤柱区附近时冲击危险性将升高。     

回采过程中煤层冲击危险性评价方法研究

简述了冲击矿压发生的机理,论述了煤层冲击危险性的影响因素。提出了简单实用的煤层冲击危险性评价方法。采用数值模拟方法研究了回采过程中巷道周围的应力变化情况,根据巷道围岩的力学性态,分析了巷道周围冲击危险性。     

回采工作面发生冲击与突出耦合危险的尖点突变模型研究

高瓦斯矿井进入深部开采后,回采工作面容易诱发冲击矿压与突出复合型灾害,对采矿安全构成重大威胁。通过分析采煤活动过程中回采工作面应力分布状况,运用尖点突变理论建立了冲击与突出耦合尖点突变模型,并分析了灾害发生后的能量释放大小及其主要影响因素,加深对了冲击矿压与突出耦合规律的认识,对于有效地预防复合型矿井灾害发生具有重要意义。     

开采上下保护层卸压效果的数值模拟分析

为了确定在冲击地压矿井中如何选择保护层进行开采,采用了FLAC3D软件对不同煤层条件进行了保护层的模拟开采,分析了保护层开采后的应力分布以及所受层间距和上下位置关系的影响情况。模拟结果表明,层间距越大,卸压范围越小,卸压程度也越弱,同时在保护层开采的边界位置还存在应力增高的现象。通过对开采上下保护层的模拟分析发现,开采下保护层时,其卸压范围和卸压效果要优于开采上保护层。研究所得成果可以为冲击地压矿井如何合理有效地顺序开采提供依据,以降低或避免冲击地压事故的发生。     

焦坪矿区坚硬顶板冲击矿压发生机理与防治对策

根据焦坪矿区覆岩的赋存特征,类比了其他矿区的冲击矿压案例,提出了焦坪矿区潜在的重大冲击灾害性。以具体工作面为例,参考已有的煤岩体冲击倾向性和物理力学性质实测结果,结合顶板运移实测结果,以冲击矿压发生的三因素理论为指导,从冲击倾向性、力源因素、煤岩体组成结构等三方面论证了孕育冲击矿压的成熟条件,在此基础上提出了有针对性的防冲措施。     

冲击矿压综合防治技术体系及应用

分析了目前在冲击矿压危险评价、监测手段及防治方法研究中存在的问题,提出建立一套冲击矿压综合防治技术体系。该体系建立在以地球物理探测方法为主的实测基础上,以地质构造异常探测、冲击危险源识别和剩余能量消耗为特征,对冲击矿压危险进行分阶段和分区域评价及防治。工程实践表明,该体系能对冲击矿压进行有效预警并能预防和减弱冲击矿压的危害,达到保证人员和设备安全的目的。