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。     

SOS微震监测系统在深部高应力冲击地压工作面的研究应用

21170下巷掘进工作面采深已达780m,属于采深和逆冲断层共同作用的高应力工作面。掘进期间煤炮频发,巷道变形快,高应力区位置难以确定,防冲措施施工没有针对性,防冲效果差。Sos微震监测系统能实时监测煤炮事件并科学定位,预测冲击地压高应力区准确率高,通过采取针对性的卸压措施后,工作面冲击危险程度大大降低,确保工作面安全生产。     

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。     

特厚煤层综放临空巷道冲击地压综合防治技术应用

在特厚煤层开采过程中,由于临空巷道受相邻上一个工作面采空区顶板活动以及现采工作面回采影响,在回采过程中,由于临空侧向静载荷和回采期间超前动载荷相互叠加,导致临空巷道围岩应力随之上升,巷道冲击风险也随之增加。以小庄煤矿40205回采工作面为背景,采用理论分析、现场实测、数据统计等方法,研究分析了临空巷道工作面回采过程中产生冲击的主控因素并制定出了相应的防冲卸压技术方案;现场实施后,通过微震、应力监测方法进行了效果检验。结果表明：特厚煤层临空巷道回采过程中,通过现场防冲卸压技术方案的优化后,微震能量数据主要以10²J/d为主,临空侧巷道两帮收敛量降低了96%,工作面超前100～150 m内,应力值降低至7.3 MPa,同时,通过采用“锚索+双网+大托盘”联合支护,提高了巷道的支护能力,工作面回采期间冲击地压防治效果显著,为后期临空巷道回采积累了经验。     

巨厚砾岩下特厚煤层巷道掘进冲击地压防治研究

以河南某矿23150工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析、数值模拟等方法,研究了巨厚砾岩下特厚煤层巷道掘进异常的机理以及开采局部保护层的防治方法。得出以下结论:采空区上覆岩层处于非充分采动状态,巨厚砾岩尚未破断,自重应力与巨厚砾岩传递应力叠加形成了下平巷的高应力场,高应力是特厚煤层巷道冲击危险的主要原因;合理的局部保护层开采范围是保证巨厚砾岩下特厚煤层巷道处于低应力状态的关键。通过建立局部保护层宽度计算的力学模型,推导了局部保护层开采范围,并通过数值模拟验证了理论计算的正确性。     

中硬厚煤层综放开切眼综合防冲技术探索

常村煤矿21220工作面切眼受采深、顶板巨厚砾岩、煤厚及采空区侧向叠加应力等因素影响,在掘进过程中冲击地压危险性较大,严重威胁矿井安全生产。为解决该难题,采用了综合防冲技术,通过监测、支护、卸压、防护和管理措施的有效综合实施,保证了21220切眼安全掘进、贯通。     

煤巷掘进工作面分区段钻孔卸压防冲技术应用

为优化小庄煤矿40302工作面防冲措施,采用微震监测和理论计算的方法,对该工作面顺槽掘进期间分区段防冲技术展开研究.根据冲击危险性评价结果,可将40302掘进工作面分为中等冲击危险性区段和弱冲击危险区段;从经济、安全及有效的角度考虑,结合工作面开采技术条件及不同冲击危险性区段选择合理的钻孔卸压方式保障工作面安全掘进.     

定向长钻孔分段水力压裂技术在冲击地压防治中的应用

为了提高冲击地压矿井防冲工程的卸压效果与效率,针对现有防冲手段无法对工作面进行大面积超前区域治理的现状,提出利用定向长钻孔分段水力压裂技术对工作面坚硬顶板进行超前区域弱化的治理思路。运用能量理论分析了分段水力压裂的卸压原理及防冲可行性,建立了水力压裂层位判识方法。利用判识方法确定了工作面上方覆岩硬层位置,覆岩中能量积聚的重点层位及能量释放的集中层位。通过建立多物理场数值计算模型探究了水力压裂形成的孔隙水压力场与钻孔距离的关系,最终确定了压裂钻孔布置层位为煤层顶板以上33 m及73 m,同一层位钻孔间距为75 m。基于上述结果在现场开展了工程应用,并采用煤体应力监测与微震监测对防冲效果进行了验证。结果表明,经过定向长钻孔分段水力压裂后与其他工作面相同区域相比,浅孔应力波动降低65.7%,深孔煤体应力波动降低69.6%;微震事件在空间中的发育范围超前工作面距离减少28.0%,侧向发育距离减少34.9%,最大发育高度减少42.4%;微震事件总能量、事件频次及单刀能量分别降低73%、66%及72%,验证了定向长钻孔分段水力压裂技术在冲击地压防治领域中应用效果显著。     

巨厚砾岩与逆冲断层控制型特厚煤层冲击地压机理分析

以某典型冲击地压事故为背景,通过理论研究和现场勘查,研究了巨厚砾岩与逆冲断层控制下特厚煤层工作面冲击地压致灾机理和防治方法。通过对地层结构与开采形成覆岩空间结构的研究,建立了侧向静态支承压力估算模型,得到了21221工作面上覆岩层空间结构与应力分布规律;估算了巨厚砾岩传递应力、自重应力与F16逆冲断层及相变带构造应力的叠加总应力,该应力超过了该矿的临界冲击应力;特厚煤层在叠加应力作用下发生塑性滑移,逐渐形成滑移线场,并产生塑性膨胀,导致巷道围岩应力增加,在外部扰动应力作用下,煤体发生瞬间大范围滑移是发生冲击地压的主要原因。针对这类冲击地压的致灾机理,通过合理设计巷道平面位置以避开传递应力峰值区域、采用半煤岩巷道以减小滑移线场范围和合理设计煤层大直径卸压孔参数以改变煤体滑移方向等措施,有效治理了该类冲击地压。     

深孔顶板定向水压致裂防冲机理及 多参量效果检验

针对深孔顶板水压致裂防冲施工技术参数选择及效果检验的难题,通过理论分析和现场测试探讨了3种不同顶板定向水压致裂防治冲击地压的类型及机理,采用钻孔窥视、应力监测、微震监测等多种检测手段对比分析了压裂前后的防冲效果。研究得出根据深孔顶板水压预裂施工位置及工作面的对应关系,可将顶板水压致裂防冲分为防治煤柱冲击、防治工作面冲击和防治初末采期间工作面冲击3种类型,现场对比分析得出巷道双侧压裂卸压效果优于单侧压裂,顶板压裂促使微震事件向工作面中部转移,工作面周期来压步距和来压期间的动载系数降低,巷道变形量和锚杆(索)应力增量随工作面推进波动上升,但变化幅值和增长趋势明显小于未压裂段。此外,间隙性顶板水压致裂人为在高位顶板制造了空白卸压区,破坏了顶板连续变形和能量传递,工作面进出该区域往往易造成动压显现的发生,为此类工程条件下顶板定向水压致裂参数选取和防冲效果验证提供理论依据和工程指导。     

“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。     

长平矿掘进工作面煤体应力分布规律探讨

基于对长平矿掘进工作面新鲜暴露煤体前方的应力测定,针对钻屑量能直接反应煤体内应力分布大小的规律,运用岩石力学理论、力学数值模拟及煤层的基本参数,对掘进工作面卸压区宽度进行了理论推导,并对掘进工作面新鲜暴露煤体的钻屑量进行了现场实测。得出了掘进工作面应力分布规律:卸压带宽度约为0～3.5 m,集中应力带宽度约为3.5～8.5 m,8.5 m以后为原始应力区。     

双解放层防治冲击地压技术研究

采用多因数耦合评价方法分析巨厚砾岩下强冲击厚煤层工作面开采的应力环境,进行冲击危险区域划分,建立冲击地压危险性评价技术体系,对冲击危险区采取针对性的卸压措施;采用覆岩空间结构理论及数值模拟等手段,确定华丰煤矿1411工作面上下解放层的有效保护深度,通过提前开采上、下解放层,确保了强冲击厚煤层工作面的安全开采。     

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。     

特厚煤层卸压措施有效性实测分析

针对强冲击特厚煤层卸压措施难以选择的工程问题,通过理论研究与现场实测,对大直径卸压钻孔、煤层深孔卸压爆破、煤层注水3种卸压措施,进行了单卸压措施时效性对比实测。现场实测分析结果表明:大直径卸压钻孔卸压效果见效慢,但时效性较强,应作为常规的卸压措施;煤层深孔卸压爆破卸压效果见效快,但时效性较差,短时间内存在应力恢复现象,应作为临时解危措施;煤层注水卸压效果适中,同时具有较强的时效性,但存在应力转移和巷道大变形的情况,对于巷道断面较小的冲击地压工作面不应作为常规防冲措施,可以作为防尘措施实施。     

基于多物理场耦合的瓦斯排放半径的确定

为提高松动爆破作为局部防突措施的实施效果,节省掘进工作面防突措施(效果检验)的执行时间,确定合理的钻孔布置参数,结合成庄煤矿现场实际参数,建立了爆破损伤及损伤诱致围岩卸压和促进瓦斯运移的数学模型。综合考虑地应力、爆破导致的煤岩损伤及对于瓦斯运移的影响等因素,对爆破卸压及对瓦斯运移规律的影响进行了数值分析,并进行了现场实测验证,确定了合理的瓦斯排放半径为2.0~2.5 m,对于有效进行局部防突及工作面快速掘进有一定的参考价值。     

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.     

近直立特厚煤层上覆煤柱下巷道掘进冲击地压防治实践研究

以近直立特厚煤层终采线煤柱下掘进过程中遇到冲击地压问题为工程背景，通过数值模拟、理论分析和现场实践的方法，研究了保护煤柱下方掘进面开采过程中冲击危险程度的变化，提出了相应的防治手段和检验措施。研究发现，巷道掘进影响了终采线煤柱区域应力分布状态，增加了终采线煤柱区域应力集中范围及冲击危险性；掘进工作面经过煤柱边缘应力集中区时，前方应力峰值较大，围岩冲击危险性较高。根据PDCA管理模式提出了理论分析→实施解危→效果验证→掘进实践→优化调整→效果验证的双循模式管控，通过实施迎头密集大孔径卸压孔和全方位高压注水软化等系统性防治工程，并采用微震、地音、电磁辐射等技术进行效果验证，实现了掘进工作面安全通过煤柱影响区域，为矿井冲击地压防治提供了参考和借鉴。     

近直立特厚煤层上采下掘冲击地压危险性分析

为了确定新疆乌东煤矿近直立特厚煤层单翼工作面在上采下掘期间防止冲击地压危险发生的合理采掘相向安全距离,采用数值模拟、微震监测和现场实测的方法进行研究。基于数值模拟方法研究了上采下掘期间不同相向距离的应力演化规律和影响范围,根据微震监测和现场冲击地压案例分析了上采下掘与冲击地压危险关系。结果表明:上分层工作面与下分层掘进工作面相向的距离与煤体应力集中和微震事件发生频次呈正相关关系,该条件下上采下掘相向最小安全距离为100 m,上采下掘活动引起的煤体高应力集中和围岩剧烈活动是诱发下分层掘进工作面冲击地压显现的原因,通过采取及时停止下分层掘进的措施,成功地避开了掘进巷道冲击地压灾害,进而验证了分析结果。