综放面过上分层终采线冲击地压危险性分析

综放工作面过上分层终采线时容易发生冲击地压现象,综放面接近上分层终采线时,前方煤体可看成是煤柱,可作为煤柱型,中击地压来分析,煤柱型冲击的主要影响因素有煤层的刚度和顶板岩层的刚度,具体反映在煤层的强度和冲击倾向性、顶板的来压和加速运动等。采用改变煤体物理力学性质的办法,可以防治煤柱型冲击地压的发生。东滩煤矿两个综放面过上分层终采线工作面的监测结果、治理效果说明了此冲击地压现象。     

巷帮煤体整体滑脱型冲击地压锚杆防冲支护原理及工程实践

冲击地压是目前严重影响煤炭安全有效开采的灾害之一,研究锚杆防冲支护原理和技术对防治巷道冲击地压灾害具有重要意义和价值。通过对巷帮煤体整体冲入型冲击地压发生的地质条件以及破坏特征进行总结分析,认为坚硬顶板与坚硬煤层是此类型冲击地压的重要地质特征,而巷帮煤体整体滑脱是其主要冲击破坏特征。在此基础上,以巷帮滑脱煤体为研究对象,建立了顶板-巷道-底板复合结构体力学模型,建立了巷帮煤体发生水平滑移的极限平衡方程,并对各个参数进行分析。结果表明：由于顶板反弹使巷帮煤体竖直方向压力降低,巷帮煤体被构造应力推入巷道发生冲击地压。基于该发生机制模型,认为目前的锚杆支护设计体系在防治巷帮煤体冲入型冲击地压存在不足,并基于其发生和破坏特征,建立了针对巷帮煤体整体滑脱型冲击地压的锚杆防冲支护设计原则,即将顶和底帮锚杆锚固端分别穿层打入稳定的顶底板内,并使用长锚索取代中部帮锚杆,提供锚杆支护的防冲作用。基于新建立的锚杆防冲支护设计方法,以大屯矿区孔庄煤矿7305工作面防冲支护为工程背景,在宽煤柱段巷帮锚杆支护采取了防冲设计,帮顶、底部锚杆及补强锚索均锚固于顶底板内部,能够有效吸收煤体滑动动能,提高安全性。     

瓦斯压力对煤体冲击移动机理的影响

根据冲击地压发生地点的分布特征,结合朱集矿11-2#煤层的赋存条件,对2种不同瓦斯压力条件下的冲击地压发生过程进行数值分析,研究了冲击发生过程中的煤体移动机理,并得出了煤体破裂演化图、瓦斯流动状况图及应力分布曲线图。研究结果显示:不同瓦斯压力条件下的煤体破裂失效过程基本相同;在高瓦斯压力条件下,软煤初始破裂相对比较剧烈,瓦斯流量比较高,煤壁破坏深度更大,冲击地压灾害比较严重;煤层与顶板之间的滑移可以考虑为滚动摩擦。     

深部煤层冲击地压后瓦斯涌出现象浅析及其防治

在具有冲击地压倾向的矿井,深部煤层发生冲击地压后常伴有大量瓦斯涌出现象。在现场,为避免瓦斯灾害经常要进行瓦斯抽放,并尽可能的加大瓦斯抽放量,使煤层中大量瓦斯经解吸、渗流而排出,但与此同时却改变了煤体的力学性质,容易造成冲击地压的频度和强度均明显增加。因此,在具有冲击地压倾向的矿井在进行瓦斯抽放时要控制瓦斯抽放量,使瓦斯抽放后煤体中的瓦斯含量控制在临界值附近,可达到既降低瓦斯危险又避免冲击地压发生的目的。在有冲击地压危险倾向的采区可采取煤层注水措施,改善因瓦斯抽放造成的冲击地压危险,减少冲击地压发生后的瓦斯涌出量。     

动静组合加载下急倾斜特厚煤层开采煤岩冲击破坏特征研究

针对急倾斜特厚煤层开采冲击地压灾害,基于动静组合加载相似模拟试验研究了急倾斜特厚煤层开采煤岩动力响应及其冲击破坏特征.结果表明:急倾斜煤层工作面顶底板两侧煤体受力状态和冲击破坏均呈现非对称性,同一分段顶板侧煤体采动应力峰值、动力损伤程度和动态变形均大于底板侧煤体,该冲击显现属于整体失稳型冲击地压类型,以顶板侧煤体动力破...     

工程缺陷体对冲击煤岩体的改性机制研究与实践

冲击地压是煤矿较为严重的动力灾害之一,随着矿井开采深度的不断增加,冲击地压灾害越来越严重。针对重大冲击地压灾害显现特征,结合近年来冲击地压研究现状和工程实践,从通过人为实施工程达到控制重大冲击灾害角度,提出了工程缺陷体的概念并进行了分类;分析了高均质度、完整冲击煤体的变形破坏力学特征、能量释放模式,对比分析了完整煤体、含裂隙煤体、含工程缺陷煤体的应力应变曲线变化形态,分析了不同力学性质煤体的能量积聚、耗散及释放模式;从煤体弹性能指数、冲击能指数角度分析了冲击性煤体与含有工程缺陷煤体冲击倾向性的力学特性;通过建立工程缺陷体煤体的冲击倾向性计算公式,找到了工程缺陷体改变煤体冲击倾向性的力学机制,揭示了工程缺陷体防控重大冲击地压的机理。研究与实践表明:工程缺陷体通过对煤体的固有冲击倾向性属性的改性,改变了采场应力分布特征、煤体内冲击能量的演化规律,工程缺陷体能在煤层开采的过程中有效耗散煤体内的冲击弹性能,避免发生破坏性冲击地压。结合具体工作面地质开采条件,给出了工程缺陷体的时空布置方案,阐述了工程缺陷体防控冲击地压的技术方法,并进行了防控效果检验,实现了冲击煤层的安全开采。     

冲击地压发生机制的时变动力学分析

现有冲击地压的研究是基于不变边界系统的传统静(动)力学,存在着局限性,将时变结构动力学理论应用于冲击地压发生机制的研究,从一个新的角度对冲击地压进行了分析,根据煤矿冲击地压发生的典型特征,建立了以煤体自稳结构为主要分析对象的冲击地压时变结构模型,讨论了煤体自稳结构内部参数(包括受力条件、物理特性、边界状态等)的时变动力学特点,应用质点系动量定理,分析了煤体自稳时变结构的动力学响应,结果表明,煤体自稳时变结构的质量随时间发生变化时,结构系统会出现负阻尼的情况,形成动力不稳定系统而诱发冲击地压,根据时变力学模型,得出了冲击地压发生的两个时变动力学判据:(1)煤体支承压力δθ使煤体产生扩容,(2)煤体自稳时变结构质量减少,说明冲击地压的动力源可来自于煤体自身的受力状况和煤体力学性质,并较好地解释"煤炮"现象,研究表明,冲击地压的发生机制可通过煤体自稳时变结构理论得到很好的解释.     

典型深厚表土煤层冲击地压模式研究

煤矿冲击地压发生过程可描述为外部力源驱动围岩结构失稳或系统平衡状态突变。冲击地压发生过程中,应力起着重要作用。根据主控性应力来源或类型可得到我国煤矿冲击地压的区域性特点。其中,深厚表土地层控制型冲击地压属于巨野矿区特有的冲击地压类型,其显现特征与地层结构具有密切的关联性。针对此类冲击地压,通过案例与现场监测数据分析,探讨了典型深厚表土煤层冲击地压特征,结合煤层应力演化分析,表征了深厚表土煤层瞬时冲击和延时冲击过程,最后通过相似材料模拟试验揭示了煤层应力演化与覆岩运动、地层变形之间的关系,并对典型深厚表土煤层冲击地压模式进行了验证。研究表明:覆岩整体失稳促使煤层应力快速达到冲击地压临界应力,发生大能量冲击地压,表土层持续变形和移动促使煤层应力缓慢达到冲击地压临界应力,再次发生冲击地压;离层发育高度与回采距离有关,但具有明显的"平台效应",煤层应力演化与离层发育有关,但相对于回采距离具有明显的滞后性;瞬时冲击地压加载机理为"覆岩结构运动→煤层应力演化→冲击地压",延时冲击地压加载机理为"地层变形→煤层应力增长→冲击地压";最后,提出了深厚表土煤层冲击地压监测对策。     

深部高瓦斯煤层冲击地压发生机理研究

针对深部高瓦斯煤层的冲击地压灾害,从瓦斯对煤体强度影响、瓦斯煤体在卸载下的层裂现象及瓦斯煤体积聚静态能量3方面入手,探讨瓦斯煤层冲击地压的发生机理。通过理论推导得出:瓦斯降低了煤体强度,减小了煤体破坏时所需要的能量;含瓦斯煤体突然卸载后,受地应力和瓦斯共同作用会产生层裂现象,削弱了冲击显现区煤体抵抗变形的能力;最终在集中动载荷和耦合静态能量的共同作用下,建立了瓦斯煤层发生冲击地压的能量判据,指出了瓦斯煤体更容易发生冲击地压。此外,在冲击地压发生后往往出现瓦斯异常涌出的现象,瓦斯积聚对安全生产带来隐患,甚至引起煤与瓦斯突出等动力灾害。     

煤矿采掘工作面发生冲击地压的突变理论研究

根据煤层冲击地压的非稳定性问题,建立了煤层冲击地压的力学模型,采用现代非线性科学的突变理论,对煤层变形失稳及冲击地压进行了突变理论分析,得出了煤层冲击地压发生的条件以及冲击地压发生时煤层变形的突跳量和所释放出来的能量表达式,其研究成果深化了对煤岩失稳和冲击地压发生机制的认识.     

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。     

火成岩顶板对工作面冲击地压影响的理论分析

针对火成岩顶板诱发工作面冲击地压的问题,以新安煤矿八采区首采面为工程背景,采用顶板剪切梁模型,考虑煤层的塑性软化性质,分析了火成岩侵入对冲击地压的影响。结果表明:火成岩顶板厚度、剪切弹性模量和抗剪强度3个指标对诱发冲击地压具有重要影响。"煤层-火成岩顶板"变形系统既可能发生顶板断裂型冲击地压,也可能发生煤体压缩型冲击地压,计算得到了2种冲击地压的发生条件。定义了火成岩顶板过渡厚度、过渡剪切模量和过渡抗剪强度,分别给出了以这3项指标判定冲击地压是否发生及发生类型的判别方法。对于新安煤矿八采区首采面,火成岩顶板厚度小于过渡厚度,剪切弹性模量大于过渡剪切模量,抗剪强度大于过渡强度,所以该工作面火成岩顶板首先断裂,将发生顶板断裂型冲击地压。     

关于煤矿冲击地压危险性评价讨论

根据"围岩—煤体"系统在开采过程中力学结构和力学状况的运动变化特征,研究了瞬间加载时"围岩—煤体"系统从稳定状态到失去稳定的物理、力学过程,提出了冲击地压发生的判别准则。岩石的声发射与岩石在载荷作用下的破坏程度有关,根据此原理可对冲击地压危险性进行评价和预报。     

大同矿区浅源冲击地压致灾模式分析

以大同矿区坚硬煤岩组合条件下采动影响区域冲击地压发生机理为背景,分析了矿区冲击危险性煤层的顶板特点和煤层冲击倾向性,探讨了采动应力诱发煤体材料失稳和煤层整体滑移的致灾模式。通过分析典型冲击矿井的开采地质条件和采动效应,明确了大同矿区冲击地压的致灾模式,可为后续有针对性的灾害防治提供参考。     

"两硬"条件下冲击地压防治技术研究

根据大同矿区顶板硬、煤硬的特点,通过对冲击地压发生原因的总结,分析研究了冲击地压发生的机理,提出了采用冲击地压综合预测技术在有冲击地压危险的具体地点采取施工卸压孔、强制放顶孔和加强支护的方法,使煤岩积聚的弹性能量得到缓慢释放,解决了忻州窑煤矿"两硬"条件下冲击地压频发的问题.     

采掘工作面发生冲击地压的尖点突变模型研究

根据煤层冲击地压的非稳定性问题,建立了煤层冲击地压的力学模型,采用非线性科学中的突变理论,对煤层变形失稳及冲击地压进行了突变理论分析,得出了煤层冲击地压发生的条件以及冲击地压发生时煤层变形的突跳量和所释放出来的能量表达式,其研究成果深化了对煤岩失稳和冲击地压发生机制的认识。     

“三硬”煤层巷道冲击地压发生机理研究

结合现场实测、理论分析和数值模拟等方法,系统研究了"三硬"煤层巷道冲击地压发生的机理。现场地应力测量结果表明,大同矿区存在明显的水平构造应力,通过力学分析发现侧压系数与煤壁冲击线性相关;用关键层理论对坚硬底板冲击地压进行了分析,认为其影响因素有:底板关键层的厚度及其与底板表面的距离、水平构造应力以及工作面采动等;由数值分析结果可知:巷帮的水平位移与施加的水平载荷呈线性正比关系,当水平载荷足够大时,若巷帮一定深度范围内存在或产生了垂直裂隙,且顶底板岩层与煤层分离,巷帮将发生煤壁整体推出型冲击地压;底板岩层水平拉应力最大值随着巷道宽度的增加逐渐向底板深处发展并出现离层,导致底板关键层突然断裂,发生底板冲击地压。     

基于能量贮存及释放主体的煤矿冲击地压分类

冲击地压研究系统包括发生机理、发生准则及基于机理和准则的预测和防治。因诱发冲击地压影响因素众多,相应的类型多样,传统的研究多集中在机理、监测及防治的独立性研究上,造成现场冲击地压预测和防治的盲目性。为了系统性掌握冲击地压机理,提高冲击地压预测和防治效率,通过调研已有的冲击地压分类方法,从能量贮存及释放主体的角度提出了一种新的冲击地压分类方法;依据扰动响应失稳理论,分析了各类型冲击地压的发生机理;建立各类型冲击地压力学模型,得到了冲击地压发生条件的解析解和发生时释放能量估算公式;并对分类方法在预测和防治中的应用进行了初探。研究结果表明:根据能量贮存及释放主体的不同,冲击地压划分为煤体贮存及释放能量型(Ⅰ)、顶板贮存及释放能量型(Ⅱ)、断层带及围岩贮存及释放能量型(Ⅲ)3种类型;Ⅰ型冲击地压由煤体压缩失稳并释放贮存的弹性能产生,发生条件由煤体固有属性单轴抗压强度σ_c和冲击倾向性指数K决定,释放能量与冲击倾向性指数K呈反比关系;Ⅱ型冲击地压由顶板-煤层变形系统中顶板断裂失稳诱发,顶板抗拉强度σ_t越大,冲击的临界采空区跨度L_(cr)越大,失稳垮断时释放能量也越大;Ⅲ型冲击地压由断层带及围岩系统中断层带岩石在软化阶段失稳产生,失稳条件由断层结构及围岩剪切模量确定,失稳时释放能量与断层落差成正比关系。基于各类型冲击地压的分析,提出了针对Ⅰ型冲击地压临界应力P_(cr)的监测方法及其调控防治方法,针对Ⅱ型冲击地压顶板的变形监测方法和支撑顶板或诱导垮断的防治方法,针对Ⅲ型冲击地压断层附近应力监测和降低断层处应力集中程度的防治方法。     

悬顶结构下软底板采场冲击地压成因与防控研究

针对软底板的地质条件,在分析采场应力分布特点的基础上,建立了煤层聚能结构和顶板悬臂结构的力学模型。通过对软底板煤层和悬顶附加能量源的力学机制和能量演化过程的分析,得出了软底板破坏诱导强冲击倾向性煤体释放能量是发生冲击地压的根本原因,悬顶结构是加剧冲击地压强度的重要因素,并总结了软底板条件下冲击地压显现特征。根据该条件下的冲击显现特征,从底板帮部卸压、加强围岩稳固性和悬顶结构处理等方面,采取了围岩卸压配合巷道支护的冲击地压防治措施,取得了显著的冲击地压防治效果,保证了安全开采。     

基于钻孔电磁辐射法的煤体应力分布测试

采掘工作面前方煤体应力分布和冲击地压的发生有密切关系,而煤岩受载产生电磁辐射与受载应力之间呈现对应关系,通过在两巷内帮煤体施工钻孔并测试钻孔电磁辐射,可以间接得到工作面前方煤体内应力分布规律.以峻德矿三水平北17 #煤层三、四区一段煤层具有较强的冲击危险性为例,采用钻孔电磁辐射法分析煤体应力分布特征,为冲击地压的预防提供依据.