跃进矿上覆巨厚砾岩对采动应力场分布及冲击矿压影响

跃进煤矿23110工作面回采期间,运输顺槽曾发生多起冲击矿压现象。为研究工作面上覆巨厚砾岩对采动应力场及冲击矿压的影响,采用FLAC数值计算不同厚度的坚硬砾岩层对23130工作面回采期间的采动应力场演化规律。结果表明,工作面回采采动应力影响范围随砾岩厚度增加而增大,相邻工作面回采巷道区域承受高应力达到临界值,易发生冲击矿压。工作面回采后,相邻工作面一次实体煤最大垂直应力与采空区中线距离随砾岩厚度增大而减小。巨厚砾岩条件下,先前工作面的开挖对后续工作面的应力分布有重要影响。23130工作面下巷开挖之前已经处于高应力区域,造成其掘进时的冲击危险性大大增加。     

巨厚上覆砾岩厚度对采动围岩应力演化影响规律数值模拟研究

针对受巨厚砾岩影响的跃进煤矿23130工作面下巷多次发生冲击矿压现象,研究了上覆砾岩的厚度对采动围岩应力演化影响规律。运用FLAC2D数值模拟研究了在上覆不同厚度砾岩条件下23090和23110工作面回采过程中对相邻工作面煤体应力场分布,以及23130工作面下巷开挖过程中应力演化的影响规律。研究表明:上覆砾岩厚度越大,回采后影响范围越大,使相邻工作面煤岩体的最大应力值越大。23130工作面下巷开挖过程中随着砾岩厚度的增加,垂直应力降低幅度越大,应力差越大,底板塑性破坏越严重,越容易发生冲击矿压。     

巨厚砾岩对围岩应力分布及冲击矿压影响的“O”型圈效应

针对跃进煤矿23130工作面下巷中间区域在巨厚上覆砾岩影响下发生多次冲击矿压事件的现象,对巨厚砾岩影响下的围岩高支承压力和高冲击危险性呈现集中分布的规律进行了研究。根据三维数值模拟研究结果,当两个或多个工作开采后,巨厚坚硬砾岩不能充分垮落,在采空区周边煤层中形成"O"型支承压力圈,巷道在采掘中应力和高冲击危险区域在中部区域危险性最大。通过电磁辐射监测和钻屑法的监测数据也说明巨厚砾岩影响下的巷道中间区域电磁辐射强度和钻屑量大于巷道两端。23130下巷在采掘过程中,中部区域多次冲击事件也证明了巨厚砾岩对围岩应力分布及冲击矿压影响的"O"型圈效应。研究成果对类似地质和开采条件下巨厚坚硬上覆岩层影响下的冲击矿压危险预警和防治具有一定的指导作用。     

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。     

井间高位岩层联动诱冲机制及防冲方法初探

相邻矿井开采过程中相互扰动明显,冲击地压灾害频发。为研究巨厚砾岩和逆冲断层控制作用下,相邻矿井之间的相邻工作面开采互扰诱发冲击机理以及两工作面冲击地压协同防控方法,以义马矿区耿村煤矿13230工作面和千秋煤矿21121工作面为实际工程背景,对13230工作面回采期间地表沉降变化、冲击显现特征和支架压力特征、21121东部缆车下山钻孔应力特征以及井间区域微震事件高度变化特征和地应力特征展开现场实测分析。研究表明,井间相邻工作面非同时期开采形成非对称"T"形覆岩空间结构,井间宽煤柱留设和高位巨厚砾岩条件下,该空间结构发生类似杠杆运动的"撬动"现象,即井间率先采空侧高位岩层下沉运动诱发滞后回采工作面高位岩层整体抬升运动;联动效应对滞后回采工作面垂直应力环境产生扰动且扰动范围有限,13230工作面回采初期垂直应力相对较低,断层活化的高水平应力导致煤体发生典型水平滑移式冲击事故,随13230工作面推进距离增大,水平方向冲击的强度与频度明显降低而垂直方向的冲击占比增加;基于工程实测和室内试验结果,提出井间以阻断高位砂砾互层为核心的弱链增耗防冲方法和采空区高强度充填为核心的吸能稳构防冲方法,实现井间...     

冲击地压应力流思想及其控制理论初探

采动应力在时间和空间上动态演化过程称为煤矿开采的应力流.为了研究煤矿应力流动特征,分析矿区开采过程中的煤岩结构特征,理论求解缓倾斜单一煤层相邻工作面开采后的应力流动方向和应力流发生的临界条件.基于义马矿区实际条件,建立7种地质因素和开采因素影响下的邻面开采数值模型,研究不同因素下的应力流主控条件,得到相邻工作面布置原则及最优参数.结果表明:多采场区域覆岩结构单元包括两近距离工作面范围内的采空区、中间煤柱和未垮落岩层;缓倾斜单一煤层开采时,先采工作面开采后应力流向中间煤柱,后采工作面开采后应力流向先采工作面或中间煤柱;义马矿区相邻工作面布置原则应满足:工作面优先布置在煤厚和巨厚砾岩厚度较小的区域,增大邻面煤柱宽度,减小工作面的倾向长度,增大邻面的垂直错距,增大先采面的先采长度,后采面朝着靠近先采面采空区方向回采.研究结果可为巨厚砾岩控制下的冲击地压发生机理和防治提供理论基础.     

矿井群冲击地压发生机理与控制技术探讨

大型地质体控制下,相邻矿井开采过程中时常发生冲击地压。为研究大型断层和巨厚砾岩层顶板条件下两个相邻矿井间相邻工作面开采过程中冲击地压的发生机理,以义马矿区跃进矿23070工作面和常村矿21220工作面为实际工程背景,对两工作面回采期间冲击显现特征和微震事件时空演化及能量特征展开现场实测分析,并对井间覆岩结构应力分布开展理论分析和数值模拟。研究结果表明,义马矿区F16逆冲断层的活化运动和巨厚砾岩层的整体控制作用,为冲击地压的孕灾提供了力源条件,井间相邻工作面同时回采期间,采空区上覆岩梁与井间煤岩柱系统构成“非对称T形”结构,21220工作面煤体冲击导致应力转移至井间煤柱和23070工作面,从而诱发23070工作面冲击;井间开采扰动导致应力转移并诱发冲击地压,与滞后开采工作面初始冲击强度及推进长度具有密切关系;基于理论与工程实测结果,提出了以弱化矿井间高应力传递的结构链为核心的井间“弱链增耗”防冲技术。为巨厚砾岩层顶板矿井群开采条件下相邻矿井工作面冲击地压发生机理及控制技术的研究提供理论基础。     

巨厚煤层应力集中诱发冲击矿压的作用机理

针对千秋煤矿21201工作面高地应力、巨厚、易燃复杂地质条件下冲击矿压频发的现状,采用FLAC3D软件模拟了工作面超前支承应力与相邻工作面采空区侧向支承应力叠加后形成动态应力场的变化规律.结果表明,在工作面前方局部区域产生3.3倍于原岩应力的垂直集中应力,在较高的动态集中应力作用下,煤体聚集了大量的弹性能,且该区域附近形成变化较大的错动剪应力,一定程度上加剧煤体破坏而引发冲击矿压.     

回采面顺槽深孔预裂爆破切顶卸压技术的应用

因工作面顺槽掘进过程中受相邻回采面的采动影响,导致顺槽掘进期间及后期回采过程中受压较大、维护困难;以斜沟煤矿23111工作面为工程实例,拟在该工作面的顺槽回采期间提前采用深孔爆破方法进行切顶卸压,以减小对相邻工作面顺槽掘进的影响;应用结果表明,顺槽深孔爆破切顶卸压技术切断了回采面及端头采空区的采动压力传播,显著减轻了相邻工作面顺槽掘进及回采期间的矿压显现.     

巨厚砾岩层下工作面过断层覆岩运动规律研究及应用

采用数值模拟的方法,研究了工作面过断层时上覆巨厚砾岩层运动规律,分析了上覆巨厚砾岩层周期性破断步距、断层面砾岩破断形式及工作面超前集中应力状态.研究认为,巨厚砾岩层的垮落失稳与断层块体铰接的动态失稳是导致采场应力异常,诱发冲击矿压的主要因素.对此,采取深孔卸压爆破、开设卸压硐室、煤层注水和加强巷道支护等预防冲击矿压的技术措施,在实践中较好地消除或减弱了冲击矿压的发生,对于矿井安全生产具有重要指导意义.     

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。     

深部特厚煤层强采动巷道围岩综合应力场演化及支护对策

以麻家梁矿4号特厚煤层强采动巷道支护为背景,采用现场实测、数值模拟方法分析了14103辅运副巷在相邻14102工作面回采过程中的原岩应力场、采动应力场和支护应力场构成的综合应力场演化规律。原岩应力测试结果表明:麻家梁矿4号煤层顶板岩层原岩应力从量值上属于高应力,原岩应力方向为N30.6~52.1°W;基于原岩应力,分析得出采动应力从14103辅运副巷与14102回采工作面相交开始到滞后工作面50m的空间范围内急剧增大,滞后工作面150m后,巷道围岩采动应力逐步趋于稳定;现场实测发现支护应力的变化趋势与采动应力变化趋势总体一致,由于煤柱的影响,14103支护应力的显著增加从空间上略微滞后于采动应力的显著增加;锚杆锚索的预应力越高,其受力越稳定;预应力较低时,受采动影响其内部支护应力变化更剧烈。基于原岩应力、采动应力及支护应力分析结果,提出了14103辅运副巷的支护对策,现场监测结果表明14102工作面回采后,巷道断面收缩率仅为8.8%,完全满足了巷道的运输通风需求。     

砾岩厚度对底板冲击矿压灾害的影响规律研究

针对巨厚砾岩下跃进煤矿发生的多次冲击矿压现象,采用数值模拟方法研究了巨厚砾岩对底板冲击矿压灾害的影响规律。研究表明上覆砾岩厚度越大,相同动载荷扰动后巷道底板垂直应力和水平应力降低幅度越大,动载扰动时底板位移升高幅度越大,底板速度越强烈,巷道冲击破坏越严重。     

工作面回采期间冲击地压危险性分析及防治

对湖西煤矿31202工作面回采期间进行冲击地压危险性预估与评价,分析了工作面矿压显现的动静载荷的影响因素,并采用FLAC~(3D)软件进行工作面采动应力场的数值模拟,着重分析了随着工作面开采煤体内支承应力的移进,利用模拟结果分析了工作面冲击危险的因素并对危险区域进行划分,最终对可能引起冲击地压的动、静载荷提出不同的防治方案。     

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。     

巨厚砾岩下回采巷道冲击破坏机理

为探究巨厚砾岩下回采巷道冲击破坏机理,以千秋煤矿21141工作面(半孤岛面)运输巷为工程背景,首先采用数值模拟手段分析正常工作面和半孤岛面主应力场特征和回采巷道围岩区域主应力场特征,以及顶板破断产生的扰动作用对巷道围岩塑性区的影响。结果显示半孤岛开采引起的最大主应力较大,巷道围岩塑性区呈蝶形分布且在煤层中出现急剧扩展。然后分析巷道围岩蝶形塑性区急剧扩展的力学机制,得出巷道RPP曲线,阐述巷道冲击破坏的敏感因素,并揭示巨厚砾岩下回采巷道冲击破坏机理:处于半孤岛面中部的回采巷道在受到顶板破断产生的扰动作用后,巷道围岩区域主应力场突然发生改变,导致围岩蝶形塑性区急剧扩展,并以声响、震动和煤岩体抛出的形式释放存储于体内和围岩系统中的大量弹性能,出现爆炸式破坏的动力现象。     

煤峪口矿孤岛综采面采动应力场与支架适应性分析

孤岛综采面受采空区残余支承应力影响,处于高应力环境,易产生剧烈矿压显现。文章采用数值模拟、理论分析、现场实测的方法,研究了单侧采空下、双侧采空下以及本工作面初期、中期、末期回采时的采动应力场分布特征,研究表明工作面开采中期受采动影响最为明显。基于此,校核了液压支架支护强度,并监测了支架受力情况,结果显示支架受力和采动应力场分布相互吻合。     

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.     

巨厚砾岩特厚煤层工作面回采扰动影响范围分析

针对巨厚砾岩下特厚煤层工作面冲击地压防治技术难题，以河南义马矿区耿村煤矿13230回采工作面为例。通过数值模拟和现场实测数据分析，探索了工作面超前扰动影响范围。数值模拟得到，工作面超前支承压力影响范围为305 m。微地震监测数据揭示的13230工作面回采超前扰动影响范围平均为275 m。煤层钻孔应力数据揭示的13230工作面回采超前扰动影响范围平均为265.4 m。综合数值模拟结果和现场实测数据的分析结果得出，在13230工作面回采过程中超前工作面300 m范围内实施卸压措施，提高了冲击地压防治效率，保障了工作面的安全回采。     

逆冲断层和巨厚砾岩耦合作用诱冲机制研究

为研究巨厚砾岩与大型逆冲断层控制下耿村煤矿13230工作面冲击地压发生机理,对其掘进与回采期间地质特征、微震时空演化、b值及能量特征和地表沉降变化特征展开现场实测分析。研究结果表明：F16断层逆冲滑移运动产生的高水平应力和巨厚砾岩大面积悬顶产生的高垂直应力为冲击地压孕灾提供了力源条件|13230工作面掘进末期、开切眼及回采初期距离F16断层较远,断层滑移运动影响较小而巨厚砾岩运动作用影响较大,煤岩体能量增长式积聚最终诱发剧烈的冲击地压事故|随着13230工作面逐渐向断层靠近,断层滑移运动影响增强,地表抬升现象明显,煤岩体能量均匀性积聚最终诱发集中式较轻微的冲击显现。研究结果为巨厚砾岩和逆冲断层影响下13230工作面冲击地压发生机理的研究提供理论基础。