坚硬顶板条件下临空煤柱失稳机制与防治技术

针对忻州窑煤矿11#煤层回采时临空煤柱侧巷道多发冲击地压的现状,在煤岩物理力学性质测试和冲击地压发生规律分析的基础上,通过计算坚硬悬顶下煤柱的受力状态,分析了临空煤柱巷道侧冲击地压的成因和受夹持煤体的冲击失稳过程,根据11#煤层及顶底板条件,制定了利用瓦斯巷开展断顶卸压爆破的解危方案。研究发现,临空侧煤柱的冲击失稳与工作面周期来压具有相关性,强制放顶不到位造成煤柱两侧形成坚硬长悬板,是诱发煤柱冲击失稳的能量来源;断顶卸压爆破可以有效切断坚硬悬板对煤柱的应力传递,电磁辐射、矿压和微震等监测数据显示,断顶爆破后煤帮电磁辐射强度降低约68%,单体液压支柱应力降低约20%,钻孔应力降低约80%,有效降低了煤柱的冲击危险性。     

钻孔卸压防治冲击地压机理及影响因素分析

为了防止煤体冲击地压,基于冲击地压应力控制理论,研究了钻孔卸压防治煤体冲击地压机理,推导了钻孔卸压区的边界方程,分析了煤体性质、钻孔直径及应力环境对钻孔卸压区分布的影响。研究结果表明,钻孔形成的弱化带破坏了煤体承载结构,导致顶板岩层与煤体界面内摩擦角与黏聚力大幅降低,大幅降低了巷帮浅部煤体应力,破坏了其发生冲击地压的应力条件;随着煤体黏聚力及内摩擦角的减小、钻孔与工作面距离的减小,钻孔卸压区增大且边界形状由椭圆形变为"X"形;随着钻孔直径的增大,卸压区增大但其边界形状不变。采用该方法进行煤体冲击地压防治钻孔布置参数设计,钻孔卸压使煤柱浅部煤体应力大幅下降,且应力峰值区域向煤柱深部转移,破坏了煤体发生冲击地压的应力条件,从而防治煤体冲击地压的发生,取得了良好的卸压效果。     

深部综放工作面冲击危险性分析及防冲技术研究

为了保障文家坡矿冲击地压工作面回采期间的安全性，以4106工作面为工程背景，采用理论分析、现场监测的方法对工作面回采期间的冲击危险性进行了分析。结果表明：工作面大埋深提供高静载环境，开采4煤层具有弱冲击倾向性，45 m宽煤柱提供载荷承载位置，工作面后方及侧向采空区顶板悬而不垮提供超高基础静载荷，突然破断提供增量动载荷，动静载荷叠加，易诱发冲击地压。依据诱发冲击地压的动静载荷来源，提出分源防治技术：针对厚硬顶板采取深孔爆破预裂技术，整体实现顶板分层分块，降低因顶板悬露引起的动静载升高风险；针对帮部及底板采用大直径钻孔技术，降低承载区域静载水平，增加阻抗，提高冲击地压发生门槛。采用分源防治技术后，微震、地音活动大幅降低，煤层应力水平明显下降，保障了工作面安全回采。     

小煤柱护巷防治巷道冲击地压研究与应用

针对工作面宽煤柱诱发的冲击地压显现,提出小煤柱护巷防治冲击地压的方法.针对某煤矿3111工作面,采用理论分析及现场实测的方法,确定了小煤柱合理宽度,提出巷道围岩"近场"抗冲支护与"远场"采空区顶板弱化的卸支一体化方法,进而确定了支护及断顶参数.结果表明,区段小煤柱合理留设宽度为6 m,对处于低应力区的巷道采用抗冲击支护...     

深部巨厚砾岩层下高应力煤柱冲击地压防治技术

为解决深部巨厚砾岩层下高应力煤柱附近工作面冲击地压防治问题,以华丰煤矿2410工作面和2409工作面遗留煤柱为研究对象,从采掘布置、原岩应力和采动应力等方面分析其对诱发冲击地压的影响。结果表明:2410工作面过2409煤柱期间冲击危险性较高,局部具有高冲击危险性,该条件下的冲击地压主因以遗留煤柱或区段煤柱周围形成的高应力冲击地压为主,同时伴随着煤柱失稳或采动引发巨厚砾岩层运动产生矿震诱发冲击地压。据此提出在掘进期间采用煤层大直径钻孔卸压为主的边卸压边掘进的防冲措施和工作面回采期间煤柱多轮大幅度卸压的防冲措施,与此同时采用煤粉监测、微震监测等方法进行冲击地压综合监测,从而降低了冲击地压危险性。     

基于震波CT探测的宽煤柱冲击地压防控技术

针对深井区段煤柱冲击地压易发、多发、难防治的难题,以某矿1301工作面80 m区段宽煤柱冲击地压为例,利用数值模拟及微震数据分析,研究了宽煤柱冲击地压致灾机制,采用震波CT原位探测技术评估了宽煤柱区域内冲击危险性,并提出针对性防治方案。结果表明:3号煤层具有弱冲击倾向性,顶板岩层具有强冲击倾向性,已具备发生冲击地压的内在条件,高自重应力、强构造应力提供了基础静载荷,采空区侧向支承压力提供了增量静载荷,当两者叠加导致垂直应力超过冲击临界支承压力时,为宽煤柱静载荷冲击地压的发生提供了力源条件;震波CT原位探测技术以穿透煤岩体的实际震动波射线进行波速反演,反映煤岩体静载荷分布特征及结构特性,建立了以波速异常系数CA和波速梯度系数CG为主要因子的冲击地压危险性评估模型;鉴于宽煤柱冲击区域采掘空间实际条件,设计布置近完全观测系统观测方式,采用震波CT原位探测技术反演评估得到宽煤柱测区内冲击危险指数C=0.5~0.7,表明冲击发生后,宽煤柱仍然存在静载荷集中区域,具有中等冲击危险,并且运输巷侧冲击危险指数较采空区侧高,表明煤柱应力由采空区侧向运输巷侧转移,局部区域煤体破碎易冒顶片帮;制定了基于静载荷疏导的多层次防冲技术:大直径钻孔预卸压转移巷帮集中应力,耗散弹性应变能,确定合理日进尺为2.4 m,降低开采扰动,巷道全断面补强支护,提高围岩抗冲击能力;通过上述措施,现场监测宽煤柱煤体应力未发生突增,微震能量及频次变化平缓,1301工作面已安全回采宽煤柱区,防治效果显著。     

急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击机理及防治

为了防治急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压灾害,以甘肃窑街三矿为工程背景,提出了急倾斜特厚煤层工作面冲击地压的动静载叠加诱发机理以及针对性的防治对策。结果表明:由采动应力非对称分布引起的夹持煤体高集中应力是急倾斜煤层冲击的静载力源,而覆岩破断及结构失稳所形成的强动载是冲击的主要动载力源;在动静载叠加作用下,当应力达到急倾斜煤岩大范围失稳临近载荷则诱发冲击灾害。基于急倾斜煤层开采诱发冲击的动静载力源特征,建立了综合采用顶板深孔预裂爆破控动载、巷帮与底煤爆破或大直径钻孔卸静载的三位一体冲击地压防治技术体系,并成功应用于窑街三矿五采区工作面。     

深部仰采孤岛工作面初采期间冲击地压防治

以霄云煤矿1310工作面为工程背景,通过计算判断悬顶初次破断失稳位置,分析坚硬顶板破断时释放的大量弯曲应变能,并利用FLAC3D数值模拟分析深部仰采孤岛工作面初采阶段的采动应力变化;基于悬顶破断释放的能量和初采期间应力集中系数超过发生冲击地压的临界值,判断深部孤岛工作面初采期间发生冲击地压的可能性较大;通过采取大直径钻孔卸压结合顶板深孔预裂爆破等综合卸压措施对初采阶段冲击危险性进行防治。结果表明：卸压钻孔形成的弱化带破坏了煤体承载结构,使靠近巷道的浅部煤体应力明显下降,且应力峰值向煤体深部转移;爆破对顶板进行损伤破坏,提前释放或转移了坚硬顶板积聚的弹性能,从而降低孤岛工作面初采阶段发生冲击地压的可能性。     

华亭煤矿冲击地压监测及防治技术

为有效防治华亭煤矿冲击地压,系统分析了矿井冲击地压发生的原因,建立了以微震法为主,声发射、电磁辐射及钻屑检测为辅的冲击地压综合监测和预警管理体系。通过优化工作面布置、煤柱宽度、采放比、推进速度,改善了开采技术条件。采用煤层注水、顶底板深孔爆破、煤体卸压爆破及大直径钻孔等措施,实施主动解危。同时加强巷道支护和个体防护等强化防范措施,使冲击地压对矿井生产的影响时间由每年36 d减少到6 d,保证矿井安全生产。     

湖西煤矿半孤岛面冲击地压综合治理技术

湖西煤矿多半孤岛工作面,具备冲击倾向性,威胁矿井高效高产。结合工作面实际,通过理论分析和数值模拟的方法,综合分析了工作面采动应力场随工作面推进演化规律,得到了半孤岛工作面冲击地压诱发机理。提出了煤层预注水、大直径钻孔卸压、煤体卸压爆破的冲击地压综合防治措施,保证了工作面的安全高效开采,取得了良好的经济和社会效益。     

薄煤层冲击矿压特征及防治研究

统计了桃山矿薄煤层冲击矿压强度、显现位置、诱发因素等特征,试验研究了煤岩组合试样单轴抗压强度、冲击能指数与煤岩高度比的关系,分析了薄煤层应力分布及转移规律和冲击矿压机理,探讨了薄煤层工作面冲击矿压防治技术。研究表明：薄煤层冲击矿压强度小,发生在工作面的比例高,工作面距上端头5 m附近冲击显现最为频繁,爆破、割煤等动力扰动是其主要诱因;随着煤岩高度比减小,组合煤岩单轴抗压强度、冲击能指数均增大,煤层越薄,煤体承载能力越强,越不容易产生应力转移,爆破、割煤等剥离或松动煤壁处煤体,引起峰值应力区垂直应力升高,水平应力对煤体约束减小,导致冲击矿压。薄煤层冲击矿压防治应使高应力区向煤体深部转移,使工作面前方有足够卸压保护带。     

鄂尔多斯深部矿区冲击地压防治思考

根据国家能源西进战略,鄂尔多斯矿区近年来新建了部分深部矿井,由于缺乏深部开采经验,其在矿井建设阶段未充分考虑冲击地压因素,导致矿井在开采过程中面临冲击地压灾害.通过对鄂尔多斯深部矿区冲击地压显现现场调研,分析了其冲击地压影响因素,提出了鄂尔多斯深部矿区冲击地压研究方向.鄂尔多斯深部矿区受开采深度、煤岩冲击倾向性、顶板特...     

冲击地压煤层爆破卸压效果分析

针对煤体爆破防治巷道冲击地压卸压效果检验的问题,分析了煤层爆破卸压防冲机理与电磁波在地下煤岩体衰减规律,建立了基于爆破产生裂隙区与电磁波衰减良好对应关系的电磁波CT评价冲击危险的方法及模型。采用电磁波CT法对郓城煤矿1301回风巷煤层爆破卸压前后的电磁波衰减特征进行了对比分析,研究表明,煤层爆破卸压显著降低了爆破区域的煤体强度,使得煤体中部的应力向煤体深处转移,从而降低了冲击危险性;同时,爆破对支护区围岩的损伤较小,卸压与支护耦合性较好。基于检验结果确定了合理的爆破参数。     

狭窄煤柱岩爆的影响因素分析

将顶板视为中点有支承的弹性固结梁,将煤柱视为支座,形成了顶板-煤柱系统。在煤岩体本构关系中考虑应变梯度的影响,得到了煤柱的失稳判据,进而分析了煤柱岩爆的影响因素。分析表明,顶板的跨径、顶板的抗弯刚度、煤柱的尺寸、煤柱的脆性、煤岩材料的均匀性和矿物颗粒的大小是煤柱岩爆的重要影响因素。     

峻德煤矿倾斜煤层开采沿空侧巷道诱冲机理研究

针对峻德煤矿倾斜煤层开采期间沿空侧巷道冲击地压频发的问题,采用现场调研、微震监测、物理相似模拟和数值模拟相结合的方法开展了研究,结果表明:倾斜煤层工作面开采期间靠近沿空侧巷道的覆岩关键层更容易破断产生剧烈动载扰动;随着煤层倾角减小,沿空侧巷道煤柱帮应力集中程度减小,实体煤帮应力集中程度增大,应力集中由煤柱帮内向实体煤帮内转移;在动静载叠加作用下导致巷道两帮煤体失稳破坏诱发冲击地压,且不同倾角煤层冲击启动区域不同。研究结果对倾斜煤层工作面后续回采阶段卸压防冲工作具有一定的指导作用。     

遗留煤柱影响区域微震活动规律研究

 摘要：遗留煤柱影响区域易形成应力叠加,煤柱下方工作面冲击危险性较正常回采期间一般有所升高。基于SOS微震监测系统监测桃山煤矿工作面通过煤柱影响区域的微震活动,分析了微震空间分布规律,能量、频次变化规律以及震动信号频谱特征。研究结果表明：（1）工作面过煤柱影响区域,震动能量、频次均有显著提高,强矿震发生在微震活动持续增强或急剧下降阶段;（2）冲击矿压主震信号较前兆信号有主频低,振幅大,速度快,衰减慢等特征。研究成果为评价煤柱影响区域冲击矿压危险性提供依据,具有一定的理论意义与实用价值。     

浅埋深回采工作面冲击地压发生机理及防治

通过分析新疆某矿一段时间内现场矿压显现情况并结合实测微震和工作面支架压力数据,获得了冲击地压发生机理：坚硬厚层顶板是冲击地压发生的主要力源,采煤工艺影响和支架支护质量低导致顶板压力转移到工作面煤壁上,形成了煤体应力集中和弹性能量积聚,推进速度过快加剧了煤体应力和能量积聚程度,在煤体自身强冲击倾向性作用下导致冲击地压发生。据此提出冲击地压防治原则：避免坚硬厚层顶板的压力转移到煤壁上形成应力集中。具体方法为及时切断坚硬顶板,对煤体进行卸压爆破,并提高工作面支架初撑力。现场实践表明,防治效果明显。     

薄煤层群开采切顶巷防冲技术在桃山矿的应用

切顶巷防治技术是指预先在工作面上顺槽与瓦斯高抽巷之间开挖一系列巷道(切顶巷),对顶板进行弱化,当工作面推进到切顶巷区域时,顶板发生破断,避免形成大面积悬顶,从而降低冲击危险性。以桃山矿为工程研究背景,通过设置切顶巷降低了冲击危险性,取得了显著效果,验证了薄煤层群开采切顶巷防冲技术的可行性。     

基于相似材料模拟特厚倾斜煤层煤柱应力演化规律研究

为研究特厚倾斜煤层开采时煤柱应力变化状态,结合抚顺矿区老虎台矿特厚煤层开采现状,针对83003综放面和73005综放面构建力学模型。采用相似材料模拟实验对煤柱应力进行监测,得到了应力演化规律,根据实验结果对现场布置合理的防治冲击地压措施。研究结果表明:煤层赋存越深,煤柱受采动影响的应力值越大,应力集中系数呈增长趋势,变化范围为1.09~3.12;73005综放面和83003综放面之间的煤柱应力明显高于模型边界煤柱应力;工作面之间的煤柱受开采影响次数越多,煤柱应力值越大;工作面推进时,上覆岩层的垮落使岩层中的应力充分释放,随着采空区逐渐压实,应力值有所回升。通过相似材料模拟研究,对工作面的开采进行指导,运用煤层注水、卸压钻孔和加强支护等措施对冲击地压进行防治,达到了理想的效果。