孤岛工作面断层区域矿压特征及防控研究

基于FLAC~(3D)数值模拟软件对孤岛工作面断层区域矿压特征及防控进行研究。结果表明:孤岛工作面过断层时,断层对回采影响较明显,回采过断层时超前支承压力峰值、竖直位移急剧增加,当过断层之后,断层对工作面回采影响较小,整体应力水平降低,通过现场矿震规律分析验证了冲击矿压防治措施合理性。     

解放层下深部复杂构造区震动波CT及时序预警技术研究

针对徐庄煤矿保护层开采下复杂地质构造区8331工作面回采时存在的高应力危险,通过震动波波速CT成像技术和冲击变形能时空短临监测技术,分析了保护层开采下复杂地质构造区工作面开采的矿震活动规律,建立了震动波CT成像探测的保护层开采下复杂地质构造区工作面回采期间的冲击危险性评价技术和冲击变形能监测预警指标,并指导完成现场实践。研究表明,上方保护层的开采降低了8331工作面的应力水平,但回采至断层构造区时,矿震活动仍然频繁,动压显现强烈。震动波CT成像探测技术和冲击变形能时空短临监测技术组合使用,能对8331工作面回采期间的高应力冲击危险区域及其冲击危险程度做出实时、定量评价和体现震源的时序变化趋势,对于大能量事件和能量事件密集区的监测预警效果较好。     

过小断层破碎区冲击危险评价分析

以徐庄煤矿7197工作面f71150断层破碎区为研究对象,通过微震监测、CT反演等研究方法,系统分析了7197工作面过断层破碎区期间矿震活动规律与应力演化情况。研究得出以下结论:由于断层区顶板较为破碎,过断层期间小能量震动较为密集,大能量震动数量较少且矿震事件多发生于断层面和煤层顶板;CT反演云图显示断层区表现为低波速异常区,表明小断层破碎区具有较低的应力水平;根据动静载分析原理可知小断层破碎区具有一定的减弱弹性能过度集聚而降低冲击危险程度的作用;从现场实际回采过程情况可知,由于顶板较为破碎,因此控顶较为困难,容易出现冒顶、漏顶事故,应该做好充分的支护准备。     

邻逆断层不规则综放工作面冲击危险性分析

针对邻逆断层不规则综放工作面冲击危险性高的问题,以赵楼煤矿1303不规则综放工作面为工程背景,工作面邻FZ14∠70°逆断层,分析了工作面冲击危险影响因素;结合采动应力、多因素叠加法划分了工作面冲击危险区域;并分析了矿震日累计能量、日累计频次及其空间分布特征。结果表明:工作面整体具有中等冲击危险性;断层、工作面扩面及厚硬岩层"见方"垮落是影响工作面冲击危险的主要因素;工作面回采距离为0~500 m时,矿震主要分布在采空区区域,日累计频次变化趋势与工作面超前应力基本一致,回采距离大于500 m后,矿震分布范围扩大,活动剧烈程度升高,而工作面超前应力变化不明显;工作面轨道巷侧矿震呈现高能量低频次特征,冲击危险性高;运输巷侧矿震呈现低能量高频次特征,冲击危险性低。     

褶曲翼部诱发冲击地压的力学分析

在深部煤层中进行回采期间,受采动活动的影响,褶曲两翼区域极易出现能量积聚现象,具有人为诱发冲击的潜在危险。通过对回采工作面过褶曲构造期间区内强矿震显现的分析,从岩石力学角度对向斜构造区域内的聚能诱因进行研究,分析其力学成因与诱发机理,为后期相关工作面的回采防冲提供参考。通过分析,可以得知褶曲构造的两翼部分,垂直应力与水平应力均属于压应力,应力集中程度相对较高,易聚集较高能量;采掘影响区域内煤岩体能量在整体趋势上随时间不断波动。     

煤厚变化区采动应力演化及其冲击影响研究

为探究深部煤厚变化区冲击地压显现机理,以山东某矿孤岛工作面为工程背景,基于矿震活动分布规律和揭露的煤层变薄带,采用数值模拟方法分析了煤层厚度变化对冲击地压的影响。结果表明:在煤厚变化区初始应力集中,且煤层越薄应力增大的程度也越大;当工作面采动推进至煤厚变化区时,这一现象更为明显。     

CG1306工作面过断层回采时冲击危险分析及防治

以山东义能煤矿CG1306工作面开采为背景,采用FLAC3D 数值模拟了回采过断层时工作面支承应力分布规律和冲击危险性。结果表明,断层下盘应力集中小于断层上盘,靠近断层处下盘支承应力降低,上盘支承应力增大;CG1306工作面回采过断层期间,靠近断层的皮带顺槽应力集中程度大,是发生冲击地压的高危区域;采用钻屑法监测与钻孔卸压技术进行冲击危险预警与防治,效果良好。     

综放工作面采动诱发逆断层张剪失稳特征及矿震活动规律分析

由于综放工作面开采空间大,对周边煤岩体扰动强烈,易引发断层构造活化,进而诱发大能量矿震导致冲击地压灾害,基于赵楼煤矿1303综放工作面生产和地质条件,理论分析了工作面回采对断层构造扰动影响的主控因素。采用相似模拟方法分析了断层构造错动滑移时空演化特征,并统计分析了工作面采动实际矿震震源活动演化规律。结果表明:逆断层下盘工作面回采,断层面发生张拉离层和剪切滑动的主控因素为表征开采扰动垂直作用力Pv和水平作用力Ph的比值k、表征断层几何特性的断层倾角θ、以及表征断层力学特性的内摩擦角φ;工作面开采首先引发覆岩低层位断层岩块滑动,并随工作面与断层面距离的减小逐渐向高层位断层岩块扩展;断层诱发矿震需满足断层产生滑动失稳且滑动表现为黏滑两个条件。工作面矿震活动规律:采空区范围越大,矿震活动越剧烈;矿震震源丛集于采空区区域,且随工作面推进向前方及高层位岩层转移。对1303工作面矿震事件影响程度:Fd96断层张剪失稳采空区覆岩破断运动FZ14断层张剪失稳。     

孤岛工作面见方期间矿压规律研究

为了研究孤岛工作面见方期间冲击地压发生机理,防止冲击地压的发生,以山东能源集团梁宝寺矿3210工作面为例,通过FLAC3D数值模拟与现场布置应力监测对孤岛工作面见方期间应力分布进行研究,得出能量的积聚与传递过程、工作面见方期间煤体应力峰值及回采对超前影响距离,通过研究安全回采了3210孤岛工作面原煤25万t。     

断层影响下不规则孤岛煤柱工作面防冲技术研究

以山东某矿孤岛煤柱工作面的地质条件为研究背景,通过对孤岛工作面冲击地压的发生条件进行分析,深入研究了孤岛煤柱在断层切割影响下的应力分布形态。断层的存在加大了工作面回采时的应力集中程度,增加了冲击地压的发生几率。根据理论分析结果,分别采用爆破卸压和大直径钻孔卸压等技术对工作面的不同冲击危险区域进行了综合防治,降低了煤体的应力集中,得到了较好的防治效果,保证了工作面的顺利回采。     

不规则孤岛工作面采动应力演化特征

本文以不规则孤岛工作面为研究对象,通过数值模拟,对工作面在回采期间应力的演化规律进行了分析。结果表明工作面的变化会造成采动应力传播的突变,工作面向不规则处推进时应力变化程度更大。工作面推进时导致采动应力在不规则巷道处更大,不规则处是防治冲击地压的关键。不规则孤岛工作面沿空送巷可有效降低应力集中程度,为类似工作面的回采提供指导。     

采动影响下逆断层冲击地压矿震时空分布规律分析

为了分析开采扰动下逆断层冲击地压矿震活动时空分布规律,根据G-R地震活动幂次分布规律,结合现场微震监测数据与数值模拟方法,通过矿震活跃度b值以及地震矩值M 0对井下矿震活动分布规律以及高震级事件能量释放水平进行了分析。研究结果表明:在时间跨度上,井下矿震事件频次分布规律符合G-R分布规律,b值越小,高震级矿震事件在整个矿震事件中频次越高,对工作面冲击危险性影响越严重。b值受原岩应力、开采扰动、断层性质的影响:最大与最小主应力差值越大、开采速率越快、断层倾角越小、落差越大,b 值越小;逆断层地震矩M 0在空间分布上有着明显的差异性。靠近高位岩层附近断层面区域的地震矩值为整个断层面上的峰值区域,随着工作面不断逼近断层面,断层面上的高峰值区域会不断增大且向下部区域蔓延,使得整个断层面上的地震矩不断增大。断层面地震矩值的增大意味着可释放能量水平不断提高,对工作面造成的扰动也会更加剧烈,进一步增大冲击地压事故的危险性。     

工作面冲击失稳诱因及能量释放激增机制研究

以开滦集团唐山矿孤岛工作面为工程背景,通过FLAC3D模拟了孤岛工作面回采及顶板周期性垮落过程中埋深、地应力场、煤层倾角及不同盘区回采等冲击地压主要诱因与孤岛工作面采场巷道的应力分布特征间的关系。运用能量理论进一步分析了冲击失稳主要诱因对采场能量分布特征的影响规律,揭示了采动影响下孤岛工作面采场能量释放的激增规律。研究结果显示:随着采深和侧向应力系数的增大,冲击失稳危险区域应力峰值和能量密度峰值均增大并向煤体内部转移;同时,不同盘区回采对已开采场区应力场与能量场均有消弱影响。     

综放工作面过断层期间微震规律分析

为有效预防深部矿井综放工作面过断层期间冲击矿压事故的发生,采用SOS微震监测系统对断层区域煤岩体内微震活动进行全时连续监测,并分析统计在过断层期间微震活动发生的次数和能量释放的变化规律。结合数值模拟的手段,对综放工作面过断层期间微震活动规律在机理上进行理论分析。研究表明：断层等弱面地质构造具有较高的不稳定性,随着回采工作面的逐渐临近,区域内每日震动释放总能量值和震动次数的起伏波动逐渐增大;强烈微震活动发生前有一段弱震活动时期,为强震的发生积蓄了更多的能量。     

深部不规则孤岛工作面开采顺序及冲击地压防治技术

为了解决某矿深部不规则孤岛工作面因冲击地压影响开采的问题,结合某矿T_1391不规则孤岛工作面的实际情况,分析了孤岛工作面回采过程开采顺序引起的覆岩空间结构变化、应力分布、能量积聚,确定对T_1391采用大小面整体间歇式开采顺序,以便有序释放能量,实现冲击能量的可控性;通过数值模拟确定了小面超前大面的开采顺序,降低了应力集中和能量积聚,减小了两面之间煤枉的冲击地压。对具有冲击危险的超前煤柱采取动态爆破技术进行卸压处理,减小了煤柱开采期间的冲击危险,使得工作面安全推采。     

不规则工作面开采矿震活动规律及其致冲风险控制研究北大核心

针对不规则工作面开采期间矿震频繁问题,以陕西某矿21306工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实践等方法,分析了21306工作面上覆岩层破断特征及开采期间围岩应力分布特征,研究了不规则工作面开采矿震活动规律,优化了降载释能的矿震致冲风险控制方案。结果表明:35 m的区段煤柱可一定程度上制约两工作面覆岩协同运动,21306工作面开采期间覆岩结构呈“O-X”型破断结构,与相邻采空区形成对称长臂T型结构;工作面推进过程超前区域及运输大巷侧应力影响范围不断扩大,以区段煤柱区域应力集中程度最大,回采至480m时垂直应力最大,已达到54.67 MPa,约是回采前垂直应力的1.41倍;随着工作面推进形成“刀把型”不规则结构,工作面缩面拐角区域应力集中程度明显较高,工作面缩面后降低了对运输大巷的影响;工作面开采期间震源事件主要分布于回采工作面前方,强矿震主要集中在工作面开采缩面区域、见方区域,且强矿震主要发生在工作面前方50 m及底板上方22~74 m范围内;强矿震诱发力源主要由关键层破断引起;实施了降载释能的矿震致冲风险控制优化方案,有效降低了强矿震的发生频次,保障了工作面后期的安全回采。     

千米深井锯齿形断层煤柱群应力分布及微震活动规律*

上部遗留煤柱存在较高的应力集中,会导致下部工作面或巷道应力升高。对于形状不规则煤柱,应力分布更加复杂,从而使下方工作面过煤柱不同阶段的矿压显现规律不同。针对赵楼煤矿千米埋深7301强冲击危险工作面上部存在锯齿形断层煤柱群的实际情况,采用数值模拟和现场监测手段,研究了各煤柱对工作面应力集中的影响范围及工作面过煤柱群下方的微震活动规律。结果表明：①煤柱内应力峰值及煤柱与工作面相对位置是决定其对工作面影响范围和强度的重要因素,煤柱应力峰值较小及煤柱距工作面较远时均对工作面影响较小;②工作面回采接近煤柱边缘及煤柱交界处时,微震能量和频次均会达到峰值,相应微震大能量事件的振幅增加,主频降低,能量主要集中在低频区,此时工作面的冲击地压危险性最高;③根据震源定位及现场卸压情况,确定煤柱边缘及交界处是高应力集中区,需采取大直径钻孔卸压,以达到降低应力集中的目的。     

高家堡煤矿104工作面采动应力分布及防冲设计

为了降低回采过程中的冲击危险性,以高家堡煤矿104工作面为研究背景,采用数值模拟的方法模拟工作面回采至一次"见方"、二次"见方"期间采场和巷道的应力分布情况。结合104工作面埋深超过千米、煤层和顶板具有冲击倾向性、周围存在断层构造等工程条件,确定了高应力区域,为防冲设计提供了参考依据。结果表明:104工作面回采期间整体静载应力较大,在回采至一次、二次"见方"阶段时煤壁中的应力值最大达到7.93 MPa,应力集中系数达到2.47;从塑性区分布情况来看,在该顶板和采高条件下,裂隙带演化高度约为25 m,地表下沉量较小。分析认为,加强"见方"阶段工作面矿压观测、围岩控制和解危卸压措施,可以大大降低动力事故的危害。     

深部临空综放工作面矿压显现危险区域数值模拟分析

针对华亭煤矿250105综放工作面回采初期矿压显现频繁发生的问题,为探明矿压显现发生原因,指导矿压防治工作,运用FLAC3D数值模拟软件对工作面回采过程进行模拟研究。分析认为邻近工作面顶板垮落不完全和本工作面回采形成的多重应力叠加是造成该区域矿压显现频发的主要原因,并得出回采过程中工作面高应力区域分布规律:250105工作面回采前方20~70 m内应力集中程度最为严重,随工作面推进呈逐步升高趋势;在临空侧回风巷内帮上方岩体中存在高应力集中区,其分布范围广,并由回风巷侧向运输巷侧减弱;造成工作面围岩体中应力集中的主要原因是邻近250103工作面顶板垮落不完全,本工作面回采又加剧了这一现象。     

千米深井下孤岛工作面采场应力演化规律

以山东某矿千米深井下3306孤岛工作面地质条件为工程背景,建立FLAC3D三维计算模型进行数值模拟。研究了3302和3308工作面采空的情况下,3306孤岛工作面回采过程中的应力演化情况,得出3306工作面回采过程中的支承应力演化规律和潜在的冲击危险区域。结果表明:3306工作面回采期间整体冲击危险性较高,重点冲击危险区域出现在工作面回采过程中顶板来压、"见方"期间等;由于工作面静载较高,超前支承应力达30 MPa,且3302、3308工作面侧向支撑压力影响范围较大,因此在整个回采期间,冲击危险性较高,需及时检测并卸压处理。为实现煤矿工作面的安全高效生产提供了依据。