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。     

断层影响下不规则孤岛煤柱工作面防冲技术研究

以山东某矿孤岛煤柱工作面的地质条件为研究背景,通过对孤岛工作面冲击地压的发生条件进行分析,深入研究了孤岛煤柱在断层切割影响下的应力分布形态。断层的存在加大了工作面回采时的应力集中程度,增加了冲击地压的发生几率。根据理论分析结果,分别采用爆破卸压和大直径钻孔卸压等技术对工作面的不同冲击危险区域进行了综合防治,降低了煤体的应力集中,得到了较好的防治效果,保证了工作面的顺利回采。     

基于多因素分析的孤岛工作面冲击地压危险性预测

为了有效防治兖州矿区南屯煤矿73上29孤岛工作面发生冲击地压事故,分别利用综合指数法和可能性指数法对工作面冲击地压危险性进行了宏观评价,采用考虑覆岩运动以及采空区煤柱等多因素的耦合分析方法划分了工作面的冲击地压危险区域,并针对不同危险区域提出了大直径钻孔卸压和煤体爆破卸压的防治方案,取得了良好的防治效果。研究成果可为类似地质条件的孤岛工作面冲击地压防治提供一定的借鉴作用。     

变直径卸压钻孔卸压参数模拟研究北大核心

常规大直径卸压钻孔对巷道浅部围岩扰动较大,增加了支护成本。以变直径卸压钻孔为研究对象,采用理论分析、数值模拟的方法,分析了变直径卸压钻孔卸压机理,讨论了变直径钻孔损伤形状、卸压半径、钻孔布置方式和钻孔长度等因素,同时比较了不同钻孔方案的优劣。结果表明:变直径钻孔在围岩浅部使用小直径钻孔,可以减小浅部围岩变形,对浅部围岩扰动更小,在煤层深部采用大直径,可以为煤体提供更大的能量释放空间,卸压效果好;在垂直应力大于水平应力的情况下,钻孔损伤为“蝴蝶”型,因此采用双排三花布置效果最佳;小直径段长度不超过应力降低区,其长度为3 m,其总长度不超过应力集中区,为25 m;变直径卸压钻孔可以在有效卸压的同时减小对巷道浅部围岩的扰动。     

煤层钻孔卸压效果定量化评估及应力分布研究

大直径钻孔作为煤层巷道常用的卸压手段，其卸压效果在定量化评估方面有待提高。采用FLAC3D数值模拟软件，对钻孔直径、钻孔间距及钻孔深度进行了正交试验模拟分析，提出了钻孔卸压评价指标，运用极差分析法对卸压效果进行了定量化研究，并探讨了不同冲击倾向性煤层钻孔后的应力重新分布情况。结果表明：钻孔直径对卸压效果影响最大，与卸压比值K呈正相关关系，钻孔间距影响次之，钻孔深度影响最小；钻孔直径的增大能提升卸压区范围，钻孔间距的减小有利于卸压区的贯通，钻孔深度的增大能使高应力区向煤层深部转移，转移距离与钻孔深度呈正相关关系；钻孔卸压区的贯通能显著降低高应力区整体应力且能有效避免孔间应力集中。研究结果对冲击地压煤层大直径钻孔参数设计具有指导意义。     

卸压钻孔在防治冲击地压区的实践

通过对冲击地压区发生冲击地压机理和巷道应力分布的分析,提出了卸压钻孔技术.实践证明,卸压钻孔对防治冲击地压有着极其重要的作用.     

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。     

煤柱高应力区煤体爆破卸压效果研究

卸压爆破作为较为重要的一种冲击地压防治措施,在冲击地压矿井得到很广泛应用,基于数值模拟研究方法,采用FLAC~(3D)非线性动力模块与Mohr-Coulomb弹塑本构方程建立了5303轨道巷非线性动力计算模型,研究巷道在煤柱高应力区域的应力集中情况及爆破卸压效果。研究结果表明:在巷道接近煤柱边界区域时,存在较高应力集中现象;动力模拟显示模型爆破区域垂直应力峰值出现了明显降低,高应力区向煤体深部进行了转移;在5303轨道巷爆破卸压现场监测结果可知应力降低幅度均达到65%以上。     

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。     

我国冲击地压矿井类型及防治方法研究

针对我国煤矿开采深度增加和采掘范围扩大,导致冲击地压灾害强度和频度明显增加的问题,总结分析了冲击地压发生的条件,认为只有同时满足内在条件、结构条件和应力条件时才会发生冲击地压。根据我国煤矿近年来冲击地压发生的条件和特点,将冲击地压矿井分为浅部冲击地压矿井、深部冲击地压矿井、构造冲击地压矿井、坚硬顶板冲击地压矿井和煤柱冲击地压矿井5类。在深入分析不同矿井引发冲击地压力源的基础上,提出浅部冲击地压矿井的主要防冲措施是按顺序开采及控制顶板压力;深部冲击地压矿井的主要防冲措施是开采保护层,按顺序开采以及控制开采强度;构造冲击地压矿井主要采用长钻孔卸压的方法防治掘进期间冲击地压;坚硬顶板冲击地压矿井主要通过控制空顶长度防治冲击地压;煤柱冲击地压矿井主要采取诱发卸压措施防治冲击地压。     

高应力煤柱多关键层断裂诱冲机理及防治

针对上覆多关键岩层控制条件下,高强度开采的大区段煤柱冲击地压防控技术难题,采用数值模拟、关键层分析和微震监测等方法对某矿31102工作面回风巷区段煤柱冲击地压发生机理及防控方法进行研究。结果表明:回风巷区段煤柱处于高静应力作用下,最高应力集中系数为3.02;工作面上方存在多个关键层,关键层断裂时产生大量微震事件,并以附加动应力形式作用于煤柱,当动应力与静应力之和大于煤柱强度时,煤柱发生冲击。提出了"大直径钻孔预卸压+二次斜交钻孔临场解危卸压"的防治措施,现场实测数据表明方案有效可靠。     

煤层钻孔“双低”防冲机理及应用

针对冲击地压工作面煤层卸压钻孔参数设计依据缺乏问题,通过理论研究和现场实测,研究煤层卸压钻孔的防冲机理和参数设计方法。通过实验室试件试验的全应力应变曲线分析,探索了煤层卸压钻孔"低强度-低密度"防冲机理:卸压钻孔可以改变煤体的物理力学性质,通过降低煤体破坏极限强度和密度,降低了煤体的冲击倾向性,增加了煤体的应变率,在一定范围内形成卸压保护带。卸压钻孔深度采用了现场经验孔深,基于有效应变率,针对煤层条件和卸压孔孔径,设计了卸压钻孔密度参数,已在多个冲击地压矿井现场应用,经钻孔应力监测检验,防冲卸压效果良好。     

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。     

大直径钻孔卸压机理及效果检验技术研究

大直径钻孔是防治冲击地压的主要手段之一,掌握其卸压效果检验技术有助于对施工参数进行设计和优化。从煤体应力、能量和冲击倾向等角度出发,分析了大直径钻孔的卸压原理;从施工角度考虑,分析了大直径钻孔卸压效果的主要影响因素;提出了以电磁波CT探测为技术手段对大直径钻孔卸压效果进行区域检验。研究及探测结果表明,大直径钻孔通过调节压力、耗散能量和降低冲击属性达到卸压目的;煤层强度、钻孔直径和间距是卸压效果的主要影响因素;通过确定煤体中电磁波吸收系数能够良好地反映出钻孔区域的卸压效果,是一种有效的检验技术手段。     

基于逾渗机理的含瓦斯煤体变形破坏机制及试验研究

针对含瓦斯煤岩在高应力环境下易发生松散破坏的问题,考虑煤体的多孔介质特征,研究了含瓦斯煤岩受应力扰动影响下的变形破坏规律。首先,基于逾渗理论提出了含瓦斯煤体的逾渗破坏概念,它的实质是含瓦斯煤岩发生逾渗行为后导致瓦斯突出使煤体失稳破坏过程中发生的一种动力破坏现象。然后通过理论分析了逾渗破坏分布区域并给出了逾渗破坏概率P_∞的计算公式,推导出了含瓦斯煤体的Biot型本构方程,表明含瓦斯煤体孔隙率与渗透系数和有效应力密切相关。结合含瓦斯煤体本构方程并在逾渗破坏区进行了应用,得到了逾渗破坏区半径R_p的计算公式。最后,对拟制备的含气类岩石试件进行了三轴压缩试验,试验结果表明:随着试件孔隙、裂隙增多,弹性模量和脆-延性破坏临界拐点应力值随之减小;同时,黏聚力和内摩擦角值随试件内部气体孔隙增加均不同程度的降低,导致逾渗破坏区半径增大,并且其影响程度会随内摩擦角和黏聚力的减小而增强。随着应力增加,试件内部孔隙、裂隙逐渐贯通,最终呈松散破坏即逾渗破坏。     

回采巷道防冲卸压与围岩大变形协调控制技术

以义桥煤矿3305工作面复杂条件回采巷道为工程背景，针对复杂应力条件下回采巷道冲击地压防治及围岩大变形控制难题，开展了防冲卸压与围岩变形协调控制方面的研究；从控制围岩稳定性角度出发，提出了巷道围岩锚固层卸压钻孔局部充填强化技术。理论分析表明：实施钻孔回填能有效减小钻孔周围煤体的破坏范围。进一步通过数值模拟确定了卸压与加固协同控制的钻孔充填关键参数。现场实践表明：采用大直径钻孔局部充填技术可以在实现煤体卸压的同时，实现巷道围岩稳定性控制的目的，有效降低了巷道使用期间的变形量和返修次数，相较于未实施钻孔回填，施工钻孔回填后，巷道两帮最大移近量减小了57.2%。     

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。     

综合防治冲技术在回采孤岛煤柱中的应用

随着煤矿开采深度的增加,高地应力与煤岩动力灾害耦合作用,进一步加剧了深井冲击等地压灾害。基于深井高地应力区的孤岛工作面冲击地压耦合作用分析,设计采用深孔松动爆破和卸压钻孔相结合的综合防治冲击地压技术,有效扩大了卸压影响范围,实现全工作面充分卸压,提高了孤岛煤柱安全回采的安全系数,对深井开采生产安全管理将起到重要作用。