倾斜薄煤层切顶巷预裂顶板防治冲击矿压技术研究

针对倾斜薄煤层坚硬顶板型冲击矿压灾害的预防及控制问题,提出了切顶巷预裂顶板防治冲击矿压技术。采用理论分析、相似模拟、微震监测等研究方法,分析研究了切顶巷预裂顶板防治冲击矿压机理、切顶巷控制顶板破断减弱煤层应力集中的效果,并对切顶巷布置参数进行了优化。研究结果表明：切顶巷在坚硬顶板中形成了预裂弱化区域,工作面回采过程中,坚硬顶板因预裂弱化而破断步距减小,切顶巷控制了坚硬顶板的来压步距;同时减小了煤体应力集中,单个切顶巷区域,应力最大降幅可达29.4%,两个切顶巷协同作用时,应力最大降幅可达49.7%;同时在切顶巷预裂弱化作用下,矿震向工作面中下部转移,减弱了动载与工作面上部静载的叠加效应,有效降低了冲击危险。切顶巷间距应小于基本顶周期来压步距,按容许的来压步距在需要顶板预裂的区域进行成对布置,但其间距不宜小于10 m。     

断顶爆破防治冲击矿压技术体系及效果评价研究

断顶爆破在坚硬顶板条件下的冲击矿压灾害防治中应用广泛。基于动静载叠加原理,理论分析了断顶爆破防治冲击矿压的作用机制,在对冲击危险预评估和冲击危险动态演化特点分析的基础上,揭示了冲击危险具有分时、分区和分级的"三分"特征,建立了分时、分区、分级断顶爆破防治冲击矿压技术体系,应用于坚硬顶板型冲击矿压防治工程实践,并通过采取理论计算、钻屑监测和微震监测手段进行断顶爆破效果评价。结果表明:爆破后形成的裂隙区贯通为连续的弱面是控制冲击矿压最重要的区域,断顶爆破能够减弱由于顶板瞬间破断或垮落释放的动载强度,降低上覆悬顶施加在煤体内的静载强度并促使煤体峰值应力向工作面前方转移,达到降低冲击矿压危险的目的;依据揭示的冲击危险分时、分区、分级的"三分"特征,建立了"开切眼倾向断顶爆破、临空煤柱侧走向断顶爆破、工作面内超前预裂爆破和及时解危断顶爆破"的分时分区分级断顶爆破防治冲击矿压技术体系,相应进行了断顶效果评价,其中开切眼倾向断顶爆破后工作面初次来压和周期来压阶段顶板聚集的能量分别降低72%和76%;临空煤柱侧断顶爆破后煤柱内钻屑值下降0.55 kg/m;工作面内预裂爆破区域在回采期间出现微震总能量、单日最大能量均明显降低,微震频次显著增加的整体规律,验证了分时分区分级断顶爆破技术体系对防治冲击矿压的有效性。     

下解放层开采覆岩结构分析及防冲研究

采用现场调研、理论分析、工程实践方法,研究了华丰矿1410工作面保护层覆岩结构特征及应力分布规律,分析了4号煤层发生冲击地压的原因,优化了1410工作面开采布置,提出冲击灾害监测防治方法。结果表明,1410工作面超前支承压力峰值距工作面的距离约为90m,支承压力峰值约为39.8MPa,倾向支承压力的峰值距煤壁15~18m左右,峰值约为41.1MPa。通过钻屑、微震监测冲击地压方法,采取煤体卸压爆破、顶板预裂爆破及煤层注水防治方法,卸压效果显著,高能量矿震现象消失,保证工作面安全回采。     

厚硬顶板冲击地压发生机理及防治实践

基于鄂尔多斯地区冲击地压矿井厚硬顶板加坚硬煤层的特征，对宽煤柱开采条件下冲击地压发生过程进行分析，揭示了该区域冲击地压是由厚硬顶板破断引起煤体高应力区动力系统失稳产生震动、激发应力波，应力波与塑性区煤体相互作用而产生的；以巴彦高勒煤矿为例，采用深孔爆破对巷道顶板进行卸压。结果表明：在未断顶区域，顶板发生极限破断引发大能量微震事件，能量释放集中在沿空巷侧，现场存在动压显现现象；在正常断顶区域，微震活动比较平稳，能量集中区未对巷道形成直接影响；工作面来压周期平均2.4 d，来压步距14.5 m，未出现持续性高强度来压；顶板观测孔裂隙发育良好，有效半径可达4 m。     

镇城底矿大采高坚硬顶板工作面顶板弱化技术应用

镇城底矿22301综采工作面基本顶为厚硬砂岩,岩性坚硬致密,在工作面推进过程中易出现架后大面积悬顶现象,造成支架压架、煤壁片帮等问题,同时顶板破断后积聚能量的骤然释放将引发动力冲击现象,威胁采面的生产安全。为此,提出开采前在切眼处提前采取预裂爆破措施弱化顶板结构和力学性能,并根据工作面条件设计了具体爆破方案。结果表明：预裂爆破顶板弱化技术有效劣化了顶板岩体的结构完整性和力学性能,减小了顶板破断步距和悬露面积,降低了工作面来压强度,支架工作阻力显著降低,保障了采面的生产安全。     

首采综放工作面坚硬顶板控制与工程实践

采用支架压力在线监测、微震监测、工作面上隅角瓦斯涌出监测等手段,研究了宽沟煤矿B2煤层首采综放工作面坚硬顶板矿压显现特征及控制问题。结果表明:首采综放工作面初次来压步距达到62.2 m,工作面中上部来压剧烈,下部顶煤冒放性差,采用巷道超前深孔预裂爆破不能有效解决坚硬顶板问题,由此实践了工艺巷深孔预裂爆破弱化坚硬顶板,工艺巷爆破后,围岩活动剧烈程度明显降低,周期来压步距由28 m降低至17.8 m,有效解决了坚硬顶板带来的安全隐患问题。     

强冲击大采高工作面关键层周期破断规律研究

为探究强冲击大采高工作面关键层周期破断规律,以内蒙古鄂尔多斯母杜柴登矿井30202工作面为例,采用即时加载带理论对上覆岩层进行了划分,在进行了钻孔揭露覆岩层位分析后,理论计算了坚硬砂岩组覆岩周期破断步距,结合微震监测数据分析了影响工作面冲击危险的关键层位。研究结果表明30202工作面上覆岩层中,中高位顶板周期破断对工作面冲击危险存在重要影响,中高位顶板周期性破断期间大能量事件频发,须做好工作面周期来压期间冲击地压防治安全技术措施。     

深孔爆破预裂技术在治理冲击地压中的应用

济三煤矿63下03工作面辅顺多次发生冲击地压,主要原因是坚硬顶板积聚弹性能量,在采动中老顶不规则破断促使积聚的弹性能量突然释放,造成冲击地压发生。为彻底解除冲击地压危险,本文介绍济三煤矿研究利用了深孔爆破预裂技术爆破预裂老顶,达到了治理冲击地压的目的。     

坚硬顶板弱化技术对工作面矿压显现规律的影响研究

针对坚硬顶板综采工作面来压步距大、矿压显现强烈、管理难度大等问题,以卡洼掌煤矿坚硬顶板条件为工程背景,在理论计算顶板垮落步距的基础上,提出切眼切顶爆破和两巷超前预裂爆破的顶板弱化技术,并对现场矿压数据进行监测,分析顶板弱化效果,研究结果表明:坚硬顶板整体性强、力学性能好,初次及周期来压步距均较大,经过对坚硬顶板采取爆破强制放顶技术,减小了工作面的来压强度,保证了工作面的安全高效生产。     

中高位坚硬顶板深孔预裂爆破减震技术

针对煤层上覆中高位坚硬顶板易产生强矿压显现的问题,以门克庆煤矿为背景,通过数值模拟,研究预裂爆破对中高位坚硬顶板煤层开采的影响,并通过现场工程实践验证预裂爆破对中高位坚硬顶板的控制效果。研究结果表明,在相同顶板高度,爆破后的围岩应力小于爆破前,且爆破后应力破坏范围较大,顶板的弹-塑性破坏区域扩张的更快,中高位坚硬顶板沿预裂爆破位置形成规律性的破断。工程实践微震大能量事件的分布规律表明,预裂爆破缩短了中高位坚硬顶板的破断距,总能量峰值大小显著降低,保障了工作面的安全回采。     

冲击矿压防治的应力控制理论与实践

分析了原岩应力和采动应力对冲击矿压发生的影响,通过采用采动应力监测系统直接监测煤岩体的应力和采用微震监测系统间接监测煤岩体应力的方法,分析了采动引起的应力变化,进而对监测区域内煤岩体的冲击危险性进行了评价;通过对具有冲击危险性的煤岩层实施煤层卸载爆破、深孔断顶爆破和深孔断底爆破技术,进一步验证了冲击矿压防治的应力控制理论,取得了良好的实践效果。     

复杂采空区对工作面开采影响的数值模拟分析

基于FLAC3D数值模拟软件对复杂采空条件下的工作面开采进行模拟,分别模拟不同推进距离对工作面基本顶塑性破坏区及围岩支承压力分布的影响,得出了采动过程中直接顶初次垮落步距和基本顶初次来压步距;煤层顶板开始与上覆破坏岩层导通时的推进距离;工作面最易发生压架事故的位置。模拟结果表明,运用数值模拟方法,可以较为全面地揭示复杂采空区下基本顶塑性破坏特征及破坏范围,围岩支承压力分布特征,有利于选择、优化设计方案,根据上覆煤层的采空条件,合理布置下部煤层工作面的开采位置。     

冲击矿压的微震预测预报技术及工程应用

介绍了微震监测系统的基本原理和监测技术,并与传统的钻探法、近距离监测手段作了对比,指出了微震监测技术具有静态、实时和大范围监测的技术优势。对微震监测的监测结果作综合统计分析,参考矿井冲击矿压的历史统计资料,是冲击矿压冲击倾向性的基本技术手段;工程实践表明,用综合指标预测冲击矿压是可行、可靠的。随着各矿井采深的加大,微震监测技术将成为深部开采地质灾害预测预报的重要监测手段。     

华亭煤矿冲击矿压综合防治技术研究与应用

针对华亭煤矿进入深部开采冲击矿压日益凸显,严重危及矿井安全生产的现状,加大资金投入,加强技术研究,综合分析冲击矿压发生的原因,采取声发射、微震、电磁辐射、钻屑等综合监测手段,分区分级预测预报冲击矿压;采取顶板深孔爆破、煤体卸压爆破、煤层及顶板注水、钻孔卸压等综合防治手段,按照不同地点冲击矿压的危害程度,分级分区地开展矿压防治工作,达到冲击矿压综合防治的目的。     

深井SOS微震监测系统建设与应用

为了加强深井冲击矿压预测情报有效性,介绍了SOS微震监测系统的结构、原理、布置、定位与监测信息后处理;针对采空区残余应力以及断层构造应力诱发冲击矿压的问题,以微震监测为基础,分析了不同地应力作用下可能的冲击危险。结果表明:微震活动持续不均衡活跃并呈增大趋势时有较高冲击矿压可能性;微震活动持续沉寂但矿压显现异常强烈时有较高冲击矿压可能性;微震监测系统在深井冲击危险等煤岩动力灾害的监测预报方面发挥重要作用。结论对于矿井冲击矿压监测与治理工作具有借鉴和指导意义。     

焦坪矿区坚硬顶板冲击矿压发生机理与防治对策

根据焦坪矿区覆岩的赋存特征,类比了其他矿区的冲击矿压案例,提出了焦坪矿区潜在的重大冲击灾害性。以具体工作面为例,参考已有的煤岩体冲击倾向性和物理力学性质实测结果,结合顶板运移实测结果,以冲击矿压发生的三因素理论为指导,从冲击倾向性、力源因素、煤岩体组成结构等三方面论证了孕育冲击矿压的成熟条件,在此基础上提出了有针对性的防冲措施。     

房式开采煤柱回收时老顶来压步距研究

以兰兴煤矿即将布置的回收旧房式开采所遗留的煤柱2201工作面为原型建立数值计算模型,经模拟计算得出,老顶的初次来压步距为30 m,周期来压步距为12 m,周期来压步距约为初次来压步距的1/2。老顶初次来压时的断裂位置位于旧采空区靠近煤柱一侧的上方,这与正常回采时老顶初次来压时两端破坏处位于老顶两侧靠近支座处的上端不同。     

工作面顶板灾害类型、监测与防治技术体系

长期以来顶板灾害在我国煤矿灾害事故中发生起数和死亡人数始终占据首位,是困扰煤矿安全生产的主要难题。笔者开展了顶板岩性、矿压显现特征和顶板灾害案例统计分析,结果表明:我国回采工作面顶板灾害主要表现为片帮冒顶、顶板大面积突然垮落和大面积切顶压架3种类型。系统分析了各类型顶板灾害的发生特点及致灾原因:片帮冒顶多发生于松软煤岩体,采煤方法不合理及管理不当的工作面;顶板大面积突然垮落一般为坚硬顶板大面积悬顶、瞬时垮落所致;大面积切顶压架主要发生在薄基岩浅埋深工作面或顶板累积下沉量大引起顶板在煤壁处断裂的工作面。针对我国顶板灾害监测与防治,建立了工作面顶板灾害全景监测预警技术架构,即采用微震监测系统监测远场顶板活动,采用矿压监测系统监测近场顶板运动,采用三维激光扫描技术监测煤壁片帮时空演化,通过监测数据系统分析,动态掌握采场围岩的活动规律和支架工况,实现顶板灾害监测预警。提出了工作面开采全过程的顶板灾害综合防治技术体系,在工作面开采前确定合理采煤方法,合理工作面布置方式,科学开采参数及优化设备选型配套,这是防治顶板灾害的核心技术;在开采过程中保持支架良好的工况辅以顶板弱化技术,进而实现工作面顶板灾害防治。     

浅埋深回采工作面冲击地压发生机理及防治

通过分析新疆某矿一段时间内现场矿压显现情况并结合实测微震和工作面支架压力数据,获得了冲击地压发生机理：坚硬厚层顶板是冲击地压发生的主要力源,采煤工艺影响和支架支护质量低导致顶板压力转移到工作面煤壁上,形成了煤体应力集中和弹性能量积聚,推进速度过快加剧了煤体应力和能量积聚程度,在煤体自身强冲击倾向性作用下导致冲击地压发生。据此提出冲击地压防治原则：避免坚硬厚层顶板的压力转移到煤壁上形成应力集中。具体方法为及时切断坚硬顶板,对煤体进行卸压爆破,并提高工作面支架初撑力。现场实践表明,防治效果明显。     

厚硬顶板下大倾角软煤开采灾变机制与防控技术

针对潘四东煤矿11513大倾角工作面煤壁片帮、支架滑移倾倒和顶板大面积来压问题,通过理论分析、数值模拟和现场实测的研究方法对厚硬顶板下大倾角软煤开采的灾变机制和防控技术开展研究。研究结果表明:在厚硬顶板下大倾角软煤开采初期,围岩塑性破坏主要集中在煤壁和底板岩层;邻近工作面区域煤岩体位移表现出煤壁挤出位移量>底板鼓起位移量>顶板下沉位移量的特征;由于厚硬顶板的存在,随工作面推进距离的增大,煤壁挤出位移量逐渐增大,煤壁片帮失稳的概率倍增。根据厚硬顶板下大倾角软煤开采围岩位移和变形破坏特征,结合现场观测提出厚硬顶板下大倾角软煤开采2种灾害模式,一是以“片帮-冒顶”为主导,诱发“支架-围岩”系统发生大范围失稳的动态互馈的时发性灾害,二是厚硬砂岩破断诱发冲击动力显现的瞬发性灾害。基于厚硬顶板下大倾角软煤开采灾变机制,采用厚硬顶板深孔预裂爆破初次放顶技术,控制厚硬顶板运动;采取煤壁注浆加固、支架防倒防滑以及“铺金属网+工字钢”辅助液压支架管理破碎直接顶等措施,防治煤壁片帮和破碎顶板漏冒,保证“支架-围岩”系统的稳态工作。通过对支架工作阻力和煤壁片帮统计分析发现,11513工作面采取系列防治措施后,煤壁得到有效控制,初次来压时,支架工作阻力较为富裕,安全阀开启较少且支架无明显倾倒滑移现象,实现了厚硬顶板下大倾角软煤的安全高效开采。