煤矿冲击地压巷道支护-卸压协同控制技术

在分析深井煤层巷道冲击地压发生原因的基础上提出了支护-卸压协同控制技术,同时进行FLAC~(2D)数值模拟,并对某矿7121工作面实施工程实践。结果表明:高静载主导-强动载诱发下的动静载叠加诱冲机理;锚杆内强支护、大直径钻孔软弱结构、原岩应力外强结构体为一体的支护-卸压协同控制技术能够提高巷道的抗冲、减冲、防冲能力;支护-卸压协同应力峰值30.24 MPa、两帮收敛量45.52 mm、塑性区最大,冲击危险性最小;现场巷道围岩变形监测效果良好。     

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。     

深部巷道围岩分区破裂与冲击地压关系初探

提出了深部巷道分区破裂化的机制及其失稳准则,并用数值模拟软件再现了分区破裂化现象,发现分区破裂并非完全是连续的圆环形,而是存在孤立的破裂区域,并由此逐渐发展并合的产物。提出了分区破裂化与冲击地压发生的关系,并从分区破裂现象解释了冲击地压从孕育到发生的过程,对冲击地压的产生机理提供了新的思路。     

密集巷道群区域冲击地压预测与防治技术

近年来,冲击地压已对井下安全生产构成严重威胁,尤其是在密集巷道群区域冲击危险性较高。本文结合现场实践条件,采用应力法和钻屑法预测,研究分析应力场能量转移规律,采取针对性措施进行卸压,解除了冲击危险,取得了良好效果。     

冲击地压矿井沿空巷道支护技术研究

针对山西大同煤矿集团公司忻州窑煤矿8935工作面沿空巷道变形严重、有冲击地压危险的实际情况,通过理论分析和工程类比研究出了一种"长期支护与临时支护相配套、支护与卸压相结合"的巷道围岩控制技术。通过缩小工作面放顶步距,减小超前支承压力,降低煤岩体能量集聚等,有效地控制了巷道围岩变形,减小了冲击地压发生的概率,解决了防冲工作面沿空巷的支护问题,为类似条件下巷道维护提供了一定的参考。     

综采过背斜构造临空巷道冲击地压防治技术研究

为了解决葫芦素煤矿21103工作面过B4背斜区域临空巷道冲击地压问题,采用微震、应力监测及现场实测研究了21103工作面过B4背斜期间回风巷围岩变形破坏特点,结果表明:21103回风巷冲击危险高是由采空区、构造及超前支承压力等因素影响,背斜构造区域煤岩体内积聚了大量弹性能,揭露背斜轴部时单个微震事件释放的能量更大,冲击危险性较揭露背斜两翼也更大。背斜两翼应力集中程度为正常巷道段的1.23倍,背斜轴部应力集中程度为正常巷道段的1.47倍。对21103回风巷设计采用由上至下分阶段四级高强卸压方法,对于监测具有冲击危险区域,采取大直径钻孔或爆破解危措施,降低了21103回风巷冲击危险程度,确保21103工作面过B4背斜期间安全回采。     

回采巷道冲击地压显现分析及防控技术应用

根据斜沟煤矿23107工作面回采巷道破坏情况,分析了冲击地压显现和影响,提出了提前对巷道周围煤体强卸压,巷道采用锚网索、吸能材料、O型棚和刚性门式支架联合防控措施。实践表明,防控措施较好地解决了冲击地压对回采巷道的影响,确保了矿井安全生产。     

深部软岩巷道卸压支护技术研究

针对深部软岩巷道围岩应力高、松动范围大、围岩变形严重的特点,应用深部巷道围岩控制"内、外承载结构"耦合稳定原理,分析了水井头煤矿-500水平412下山巷道破坏原因,提出了深部软岩巷道卸压支护技术.该技术采用围岩卸压、锚梁网喷支护和U型铜支护控制外承载结构移动过程,采用围岩注浆和锚索加强支护促使外承载结构稳定.现场支护试验表明该技术能够保证巷道围岩的长期稳定,并取得了很好的经济效益.为同类软岩巷道支护提供了借鉴.     

冲击地压矿井深部软岩破碎巷道注浆加固技术研究

为解决冲击地压矿井深部破碎软岩巷道大变形问题,针对义马矿区常村煤矿西翼辅助运料斜巷复杂工程环境,分析了巷道破坏特征,揭示了巷道变形破坏机制,指出高原岩应力、多次采动、围岩承载力差、频繁微震事件、围岩锚固性能差综合因素作用下造成巷道破坏失稳。提出该类巷道控制对策,采用全断面注浆及强力注浆锚索加固系统,确定注浆加固方案、参数和工艺,利用矿压观测和全景窥视围岩内部状况检验加固效果。工业性试验结果表明方案能够有效控制围岩变形,巷道断面收缩率降低70%,维护成本降低35%。     

厚煤层沿空巷道贯通阶段冲击地压防控技术

崔木煤矿所采煤层具有冲击倾向性,21306机巷在沿空掘进时冲击现象频繁发生,贯通阶段发生多起大能量微震事件.针对该问题,通过对贯通阶段的冲击影响因素进行分析确定了主控因素,并采用数值模拟的方式分析了贯通阶段的应力分布情况,制定了贯通阶段的冲击地压防治方案.采用微震监测系统作为区域监测手段,并在迎头及帮部进行钻屑法监测,...     

塔然高勒矿区深部开采冲击地压防控实践研究

近年来,随着我国煤炭开采战略西移,冲击地压现已成为鄂尔多斯地区影响最为严重的煤矿灾害。以鄂尔多斯煤田塔然高勒矿区红庆梁煤矿为背景,针对塔然高勒矿区深部开采条件下的冲击地压防控进行了系统研究。研究表明:塔然高勒矿区深部开采处于"弱胶结覆岩+高强度煤体"的地质条件下,深部开采冲击地压是由于高强度开采导致坚硬的煤体内积聚大量弹性能而产生的,提出了降低煤体强度、控制推采速度、优化区段煤柱尺寸、加强支护相结合的冲击地压防控策略,红庆梁煤矿综合采用钻孔卸压、控制推采速度和加强回采巷道支护等措施,现场微震监测数据证实了冲击地压防控的有效性,实现了矿井的安全高效开采。     

深部巷道冲击地压动静载分源防治理论与技术

将深部开采覆岩结构特征研究向冲击地压防治技术延伸,研究了深部矿井巷道冲击地压动静载分源防治理论与技术。结果表明,诱发深部冲击地压启动具有2种载荷途径:一种是动、静载荷叠加途径;另一种是纯静载荷叠加途径,因此深部冲击地压发生条件研究应该重点研究诱发冲击启动的动、静载荷来源。研究认为深部工作面L型区域频繁发生冲击的原理,是在工作面距离较远时,临空巷道两帮仅受侧向F型悬臂结构影响,当工作面临近时,由于本面与相邻工作面采空区导通,上覆厚硬顶板悬空区域也导通,因此发生下沉—弯曲—回转幅度更大,悬而不垮造成加大弯曲弹性能储存在L区域,垮断时又造成较大动载荷作用在L区域煤岩体。提出了深部工作面临空巷道、采场"双F、大L"力源结构模型,并给出了临空巷道、采场大L型力源区域冲击地压启动判据算法。采动覆岩"双F、大L"力源结构分析表明,诱发临空巷道冲击启动的载荷来源是空间确定的,提出了深部巷道冲击地压动、静载荷源分源防治方法。即针对F型顶板悬臂断裂造成的动载荷源进行爆破预裂;针对巷道两帮煤体中垂直应力集中进行煤层爆破卸压;针对巷道底板高水平应力进行底板爆破,阻断其推动底板作用。工程实践证明,该方法能够实现...     

我国煤炭深部开采冲击地压特征、类型及分源防控技术

我国煤炭资源大规模步入深部开采,深部开采冲击地压事故频繁发生,为了厘清深部开采冲击地压特点、启动类型以及防治与浅部开采的区别,为深部开采防治冲击地压提供理论与技术指导,以我国煤炭资源深部开采冲击地压特征研究为切入点,从诱发冲击地压的载荷源角度,结合工程实例,建立力学模型,研究提出了我国深部开采冲击地压的3种类型,最后提出了深部开采巷道冲击地压动静载荷分源防控方法。结果表明,我国煤炭深部开采冲击地压特征总体表现为因基础静载荷充足,发生门槛降低,冲击显现位置点多面广,发生原理隐蔽性、自发性、时滞性占比大,防治范围扩大,应力恢复快,高强度、长时效卸压要求突出;将我国煤炭深部开采冲击地压划分为3种类型,即深部动静载叠加型、深部高静载加载型、深部高静载卸荷型。深部动静载叠加型,因深部煤炭资源高地压环境,与浅部相比,较高的基础静载荷获得微动载扰动、叠加可发生冲击地压。深部高静载加载型冲击地压,其静载荷缓慢对极限平衡区加载过程冲击是材料失稳,导致工程结构体结构动力失稳的结果,而深部高静载卸荷型冲击地压,其高静载荷最小阻抗带减小,静载荷卸荷过程是围岩结构稳定性遭到破坏,导致工程结构体材料动力失稳的结果...     

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...     

煤矿冲击地压巷道三级吸能支护的强度计算方法

针对冲击危险巷道防冲吸能支护缺乏量化设计方法这一难题,从冲击地压巷道围岩的静-动力学环境与结构特征两方面,开展防冲吸能支护强度计算方法研究。结果表明:由于支护与卸压双重作用,巷道周围形成了以巷内支护层、锚固层、卸压层以及原岩层为主的多层圆环结构,各层圆环内的围岩材料性能在巷道围岩径向方向形成典型的梯度结构特征。基于拟静态法,将远场冲击动载荷与围岩静载荷叠加,通过简化锚固层内锚杆(索)支护作用,弱化卸压层内煤岩力学参数,建立了冲击地压巷道围岩梯度结构力学模型。利用梯度结构内多层圆环接触面上的应力计算方法,进行了梯度结构围岩内多层圆环接触面间的受力分析,验证了弱化卸压层内的煤岩力学性能、增加卸压层的结构尺寸、提高锚固层的支护强度,可减小冲击载荷对巷内支护层的作用,提高巷内支护层的抗冲击能力。引入冲击破坏等级系数,建立了吸能防冲支护强度与冲击地压等级间的关系,给出了冲击危险巷道三级吸能防冲支护的强度计算方法,实现了冲击危险巷道吸能防冲支护参数的量化设计。结合某矿具体工程实践,核算了该矿所采用的"锚杆(索)+可缩性36U棚支架+液压抬棚和吸能液压支架"三级吸能防冲支参数最大能够抵抗等级为2级(...     

深部“三软”煤层巷道锚杆支护机理及应用

文章从锚杆支护机理入手 ,提出了极限平衡区宽度概念 ,阐述了锚杆支护参数选择依据 ,制定了实施方案 ,并对不同支护形式进行了综合经济效益分析。     

白集煤矿深部“三软”煤层巷道支护技术

深井作用下的"三软"煤层巷道,其稳定性极难控制。结合白集煤矿-960水平实际情况,分析了深部"三软"煤层巷道的变形特点和破坏机理,提出采用锚网梁锚索联合支护及合理确定锚索的主要参数。     

深部盘区巷道群集中静载荷型冲击地压机理与防治

针对深部矿井,盘(采)区巷道群屡次发生冲击地压这一问题,以我国新建千米深井盘区巷道群冲击地压发生为背景,理论分析了巷道群无动载诱发冲击启动的机理与防治方法。结果表明,巷道底煤的厚度对底板水平应力集中影响较大;褶曲构造带也显著影响巷道群应力环境;巷道底臌量与底板释放动载荷量值、底煤厚度均成正相关关系;深部煤层巷道群冲击启动原理,是巷道群自身应力叠加在巷间煤柱,提供了基础静载荷;灾害发生地段底煤厚度以及褶曲构造影响,提供了时机静载荷,2者叠加导致巷间煤柱垂直载荷超过了临界值,同时底板煤体承受的载荷超过了其极限承载力;深部煤层巷道群冲击地压属集中静载荷型,采用基于集中静载荷疏导的深孔区间爆破法可防治冲击地压灾害。     

深部巷道支护技术研究与实践

煤矿深部开采巷道与浅部巷道的主要差别是围岩存在破裂区,也是深部巷道支护的重点之一。由于破裂区的存在,巷道支护应以护为主,防止围岩破裂范围扩大,巷道失效。提出了深部巷道支护的7大设计原则。理论与实践证明巷道底角采用弧形,加强巷道底角与肩部等关键部位的支护强度,使巷道整体收缩变形,可有效防止深部巷道的破坏。     

冲击地压矿井水射流联合水力压裂宽煤柱卸压技术研究

针对冲击地压矿井宽煤柱会积聚大量弹性能从而容易引起地压灾害事故的问题，基于理论分析和现场试验，对葫芦素煤矿21103工作面区段煤柱进行了“钻-切-压”一体化卸压技术研究，通过布置钻孔进行射流切缝和压裂对区段煤柱弱化卸压，增大了区段煤柱内塑性区宽度，减少了弹性能量积聚，同时为减少煤柱卸压对巷道支护产生的负面影响，在21103工作面临空回风巷进行了定向水力压裂切顶，减少了侧向采空区悬露顶板向区段煤柱上的应力传递。“钻-切-压”一体化卸压技术与定向水力压裂切顶技术的联合应用，在21103工作面临空回风巷内取得了良好的实践效果，解决了区段煤柱内塑性区宽度增加同时对巷道支护不利这一矛盾。