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。     

厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压机理及防治

针对呼吉尔特矿区厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压现象,通过现场实测和数值模拟,分析了宽煤柱垂直应力分布特征,通过理论分析,揭示了宽煤柱发生冲击的结构条件;基于冲击地压"三因素"机理,研究了宽煤柱诱发冲击地压机理:在侧向支承压力和工作面采动应力叠加影响下,具有冲击倾向性的宽煤柱应力高度集中,当其达到极限强度发生卸载时,由于煤柱体刚度与顶板岩层刚度相近,造成煤体运动速率很大,呈现冲击地压显现。在此基础上,提出了小煤柱护巷和断顶爆破等措施降低煤柱应力、采用大直径钻孔卸压和煤层注水等措施改变煤体刚度的防治策略,针对311103工作面提出了采取断顶爆破和大直径钻孔的组合防治方法,宽煤柱应力集中程度出现明显降低,防治效果较为显著。     

深井煤柱区冲击地压危险性分析与防治技术

为有效防止田陈煤矿3下322工作面穿越3上煤层煤柱区时发生冲击地压,采用理论分析、工程类比等方法,并结合微震监测、煤粉检验数据,对煤柱区冲击地压危险性、防治措施进行研究。结果表明,开采深度、煤柱、采动等因素综合影响下煤柱区运输巷内帮为冲击危险区,推采过程中煤柱区微震事件分布异常,钻孔排粉量为设计煤粉量的1.6倍,通过超前60 m对危险区实施密集煤层钻孔进行卸压,有效防止了冲击地压的发生。实践表明,通过分析煤柱区冲击地压危险性并超前实施密集煤层钻孔卸压,可确保工作面顺利穿越煤柱区。     

深井区段煤柱冲击地压静载荷探测及综合防控技术

针对郓城煤矿1301工作面临空80m区段煤柱冲击地压防控难题,分析了区段煤柱冲击地压发生的主导因素,采用震波CT原位探测技术评价区段煤柱冲击危险性,制定了综合防治方案并进行现场应用。结果表明：80m区段煤柱冲击地压载荷源为高自重应力、强构造应力与采空区侧向支承压力叠加而成的静载荷|基于静载荷探测的震波CT原位评价技术揭示区段煤柱测区内冲击危险指数C=0.5～0.7,具有中等冲击危险|巷帮大直径钻孔强预卸压可转移高应力、改变煤层积聚弹性能的条件,巷道全断面支护加固来增强围岩的整体抗冲能力,确定合理推进度降低开采扰动,综合监测预警确定动态冲击危险区并及时卸压解危,现场应用表明防治效果明显。     

深部孤岛工作面残留煤柱冲击地压防治技术研究

以深部孤岛工作面残留煤柱的冲击地压防治为背景,研究了残留煤柱对工作面回风巷道的应力分布及能量演化规律的影响,通过对比分析了卸压前后回风巷两侧集中应力分布情况,并利用上层煤遗留巷道作为卸压巷道对高应力区域的卸压效果进行了数值模拟计算。基于理论分析和数值模拟计算,采用大直径钻孔卸压和爆破卸压技术对回风巷道进行了冲击地压防治,卸压效果显著,保证了回风巷的稳定,使工作面得以安全回采。     

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。     

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。     

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。     

保护层不对称卸压工作面分区防冲技术

为有效防控保护层不对称卸压工作面冲击地压的发生，以唐山矿0291工作面为工程背景，采用理论分析和数值模拟等方法，分析了工作面发生冲击地压的影响因素及发生区域。结果表明：煤层开采深度、煤层及其顶板的冲击倾向性、上保护层遗留煤柱、本煤层采空区煤柱及厚硬顶板是诱发冲击地压的潜在影响因素;工作面回采前，受上保护层遗留煤柱及本煤层采空区影响，0291工作面两巷应力呈不对称分布，回风巷高应力区主要位于0250采空区切眼及终采线下方，运输巷高应力区主要位于0251采空区切眼下方;工作面回采阶段具有明显的分区特性，回采初期，运输巷围岩超前应力高于回风巷，应加强运输巷的监测并及时采取防冲措施;当工作面进入0251采空区下方时，运输巷围岩应力迅速降低，防治重点应由运输巷转移至回风巷。依据数值模拟分析结果，划分了冲击危险区，提出了工作面回采过程中的分区防治措施。现场监测结果表明，采取的措施可以有效降低冲击地压的发生。     

沿空缺陷型宽煤柱承载特征及诱冲机理研究

针对部分矿区区段煤柱宽度超过60 m仍发生较为严重冲击地压的情况,分析相关案例发现,当煤柱内部存在开挖巷道,且巷道的存在造成煤柱应力分布产生显著变化时,则存在空巷的宽煤柱是诱发冲击地压灾害的主要原因。以红庆河煤矿3-1103工作面65 m宽煤柱为工程背景,通过理论分析、数值模拟及现场监测等方法,分析了缺陷型宽煤柱的整体应力分布特征以及不同空巷位置对应力演化的影响,研究了采空区侧向顶板垮断形成的结构特征和煤柱塑性破坏对其垮落状态的影响,并通过数值模拟和现场微震监测对分析结果进行了验证。据此揭示了缺陷型宽煤柱条件下冲击地压的发生机理：宽煤柱在空巷影响下靠近采空区的Ⅰ段煤柱易发生塑性破坏,使得应力向外侧的Ⅱ段煤柱转移,增加煤柱内集中静载荷,同时Ⅰ段煤柱的变形破坏和空巷的存在造成侧向顶板悬顶长度迅速增加,促使其在发生断裂时产生更为强烈的动载,区段煤柱在动静载荷叠加作用下,沿空巷道更易发生冲击地压。根据此类型冲击地压的关键影响因素,提出了煤柱物理改性、顶板整体弱化和煤柱应力调控3种冲击地压防治技术途径。     

浸水区段大煤柱合理性留设及应用实践

为了研究浸水煤柱对冲击地压的影响,以霄云煤矿1314工作面浸水大煤柱为例,基于冲击地压理论研究和数值模拟,分析了不同煤柱宽度下煤柱应力分布和塑性区演化特征,得到1314工作面区段合理煤柱宽度为28 m.通过加强巷道支护,强化监测预警和卸压,对工作面回采期间的冲击地压进行了有效防治,保证了安全生产.最后经微震监测验证了煤...     

“顶板-煤层”结构体多场应力控制防冲技术原理及优化设计

以典型的深部强冲击危险矿井为背景,通过对"顶板-煤层"结构体受力状态的分析,建立从区域应力协调到局部应力控制的以"顶板-煤层"结构体稳定性为基础,以应力控制为中心的多场应力控制防冲技术体系,通过数值模拟和理论分析对现场的区段煤柱留设宽度、巷道断面尺寸及布置方法、煤层卸压爆破及大钻孔卸压等区域应力协调和局部应力控制技术手段的相关参数进行优化设计。研究发现,对于强冲击危险工作面,区段煤柱留设宽度在3~4 m时对冲击地压防治有力;大断面沿顶巷道布置方式更有利于冲击地压的防治,但当断面尺寸增大到一定程度时其应力控制防冲效果趋于稳定。煤层卸压爆破应根据卸压位置的不同在爆孔深度、封孔长度等参数上进行动态调整,大钻孔卸压采用孔深30 m,孔径130 mm,孔间距1.2 m参数时,应力控制防冲效果最为明显。     

“顶板-煤层”结构体多场应力控制防冲技术原理及优化设计

以典型的深部强冲击危险矿井为背景,通过对"顶板-煤层"结构体受力状态的分析,建立从区域应力协调到局部应力控制的以"顶板-煤层"结构体稳定性为基础,以应力控制为中心的多场应力控制防冲技术体系,通过数值模拟和理论分析对现场的区段煤柱留设宽度、巷道断面尺寸及布置方法、煤层卸压爆破及大钻孔卸压等区域应力协调和局部应力控制技术手段的相关参数进行优化设计。研究发现,对于强冲击危险工作面,区段煤柱留设宽度在3⁴ m时对冲击地压防治有力;大断面沿顶巷道布置方式更有利于冲击地压的防治,但当断面尺寸增大到一定程度时其应力控制防冲效果趋于稳定。煤层卸压爆破应根据卸压位置的不同在爆孔深度、封孔长度等参数上进行动态调整,大钻孔卸压采用孔深30 m,孔径130 mm,孔间距1.2 m参数时,应力控制防冲效果最为明显。     

高应力煤柱区掘送时冲击矿压的防治

该文针对富力煤矿高应力区段冲击矿压在煤柱区掘送时易发生的实际情况,论述了采用卸压爆破钻孔、注水钻孔、电磁波辐射法等监测和防控方法。     

王庄煤矿14317工作面冲击危险性预测及其防治技术

王庄煤矿14317工作面因两属侧沿空回采,经评价具有冲击地压危险,为预防工作面回采期间发生冲击地压事故,通过仿真模拟计算应力集中情况、集中区域及影响范围,并对应力集中区域采取两巷超前加固、大直径钻孔预卸压防冲措施,同时采取了钻屑法、微震法监测冲击地压情况,并观测回采期间两巷围岩变形情况,通过效果检验证明大直径钻孔预卸压降低巷道周边的围岩应力,两巷超前加固措施下围岩最大变形量符合安全生产要求,通过钻屑法和微震法监测结果证明防冲措施有效,回采期间未发生冲击地压事故。     

临空留巷底板冲击地压启动区判定与分步防治技术

以山西余吾煤业N2105工作面回采过程中临空留巷底板冲击地压为工程背景,理论分析底板冲击地压可能的冲击启动区及主导应力源,采用数值模拟追踪煤层开挖后侧向煤柱及留巷围岩各向应力、位移的演化过程,建立采空区影响下留巷底板水平应力演化模型并进行验证。基于临空留巷底板冲击地压主导力源判定及能量传递过程分析,提出该类底板冲击地压分步防治关键技术,并进行现场应用。结果表明:煤层开挖后中,临空留巷底板在破坏深度范围内存在"卸压通道"机制,临空煤柱垂直应力不断增长的同时,留巷底板水平应力通过"卸压通道"释放,释放程度与该通道宽度呈正相关。临空煤柱帮内弹性核区为留巷底板冲击地压的冲击启动区,其不断增长的垂直应力为主导载荷源,而非留巷底板水平应力。为阻止该类底板冲击地压发生启动,关键在于削弱采空区侧向顶板压力传递作用及煤柱弹性能积聚水平,弱化留巷底板只能缓和冲击显现强度,非对称支护对留巷围岩变形破坏特征的适应性更强。     

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。     

综放开采多煤柱扰动致冲危险性分析及监测防控技术

为研究综放开采多煤柱扰动造成冲击地压的危险性,以担水沟矿9203工作面煤柱实际分布情况为工程背景,基于极限平衡理论和应力扰动影响角,建立了侧向区段煤柱、上覆遗留区段煤柱和终采线煤柱的应力扰动计算模型,获得了不同类型煤柱的扰动致冲危险区域,并提出应用煤体应力、微震监测及钻屑检验预警配合钻孔卸压为主的多煤柱扰动防冲和监测预警技术。结果表明：侧向区段、上覆遗留区段、上覆终采线及侧向终采线煤柱的扰动致冲危险区域分别为所扰动巷道两帮7.2m浅部区域、沿采场倾斜方向区段煤柱至采场端头以里39.8m区域、上覆终采线至采空区深部47m区域及侧向终采线起点至本工作面终采线范围内的侧向区段煤柱和采场端部区域|现场采取监测预警防控技术后,未监测到应力及微震预警事件,应用效果良好。     

综放开采多煤柱扰动致冲危险性分析及监测防控技术

为研究综放开采多煤柱扰动造成冲击地压的危险性,以担水沟矿9203工作面煤柱实际分布情况为工程背景,基于极限平衡理论和应力扰动影响角,建立了侧向区段煤柱、上覆遗留区段煤柱和终采线煤柱的应力扰动计算模型,获得了不同类型煤柱的扰动致冲危险区域,并提出应用煤体应力、微震监测及钻屑检验预警配合钻孔卸压为主的多煤柱扰动防冲和监测预警技术。结果表明：侧向区段、上覆遗留区段、上覆终采线及侧向终采线煤柱的扰动致冲危险区域分别为所扰动巷道两帮7.2m浅部区域、沿采场倾斜方向区段煤柱至采场端头以里39.8m区域、上覆终采线至采空区深部47m区域及侧向终采线起点至本工作面终采线范围内的侧向区段煤柱和采场端部区域|现场采取监测预警防控技术后,未监测到应力及微震预警事件,应用效果良好。     

深部冲击危险厚煤层合理煤柱宽度数值模拟确定

根据微震监测结果表明煤柱留设不合理是龙家堡煤矿冲击地压发生的重要原因。为了确定工作面合理区段煤柱,进而减轻冲击地压对矿井安全开采的威胁,采用数值模拟对龙家堡煤矿区段煤柱和下山煤柱应力分布特征进行了研究。模拟表明,不合理的煤柱宽度,煤柱内部易集聚大量弹性能,形成"冲击核",在开采扰动下容易突然失稳而诱发强烈冲击;龙家堡煤矿合理区段煤柱宽度为6~12 m,下山煤柱宽度不小于120 m。