冲击地压危险性预评价与实践

 基于采动高集中应力对冲击地压的显著影响作用,采用有限差分数值方法对开采区域分采区、工作面以及巷道,进行了冲击危险区域划分,认为千秋煤矿21141及21161始终在高集中应力带中开采,21141下巷冲击危险程度最大;利用弹性基础梁“见方”理论划分得出,21141工作面回采过程中将经历七个危险时期,其中五次为工作面与邻近已采工作面见方时期;一次为工作面顶板初次来压时期;一次为工作面过F3-9断层时期。第六危险期为特别危险期。在危险区域、危险时期划分基础上,进行了冲击地压监测与防治实践,实践表明,对冲击地压煤层预先进行冲击危险区域、危险时期划分,有效指导了回采期间冲击地压监测与防治工作,使得回采期间冲击地压监测与防治工作效率化、节约化的同时,杜绝了灾害性冲击地压的发生。     

特厚煤层工作面末采期间防冲技术研究

针对某矿8301工作面末采期间工作面及下山巷道的潜在冲击地压灾害,通过理论与技术相结合的冲击危险性评价方法,划分了工作面末采期间两巷及下山的冲击危险区域,采用顶板爆破、煤层大直径钻孔卸压及底板爆破的防冲措施对危险区域进行了治理,采用微震和应力监测手段对末采期间的冲击危险性进行了实时监测预警,并及时采取了卸压解危手段,保证了工作面的安全开采.     

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。     

宽沟煤矿坚硬厚层顶板下冲击地压危险时期的微震特征及解危措施

针对某矿坚硬厚层顶板条件下采煤工作面发生的冲击地压灾害,分析了灾害发生的原因并提出了防治原则。采用数值模拟和物探方法确定了工作面在3面采空条件下的冲击地压危险时期和危险区域。冲击地压危险时期的微震监测结果表明：围岩破坏高度比非危险时期显著增大,围岩震动呈现出高能量和低频次的特征,工作面推进度宜控制在3.2 m/d以内。在冲击地压危险时期采取了工作面架间切顶爆破的措施,经电磁辐射和微震监测检验,有效降低了工作面前方煤体应力,取得了较好的解危效果,保证了工作面在冲击地压危险时期的安全。     

基于临界应力指数法巷道冲击地压危险性评价

冲击危险性评价的目的是确定待采掘区域的冲击地压危险等级及范围,是冲击地压防治工作的基础。建立了"应力-围岩-支护"巷道冲击地压力学模型,发现了巷道冲击地压发生的临界应力、临界阻力区深度与煤体单轴抗压强度、巷道支护强度、巷道几何参数以及冲击能指数4者之间的内在关系。冲击能指数直接影响巷道围岩系统结构失稳的临界应力与临界阻力区的大小,阻力区深度增加导致冲击地压发生的临界载荷增加,实际阻力区深度与应力环境是影响冲击地压发生的重要因素。给出了考虑了煤体的实际应力环境、煤体冲击倾向性、巷道结构属性及实际围岩状态4个因素的临界应力指数计算方法。提出采用临界应力指数评价巷道冲击地压危险性的方法,将相似条件下已经发生过冲击地压区域的临界应力指数,作为待评价区域的冲击地压发生指标K_fcr,把临界应力指数在[0,K_fcr]区间以0.25K_fcr为间隔,划分为4个数值区间,由低到高分别对应无冲击危险、弱冲击危险、中等冲击危险和强冲击危险4个危险等级,依据临界应力指数在4个区间的分布情况判定待评价区域的危险等级。以某矿303工作面实际工程为案例...     

济三煤矿大采高工作面冲击危险性数值模拟研究

采用FLAC3D数值模拟对济三煤矿大采高回采工作面和掘进工作面的冲击危险性进行了模拟,获得了工作面冲击地压危险区域和重点监测区域,通过对不同煤柱宽度条件下巷道煤岩应力分布特点的分析,认为采用3～5 m窄煤柱护巷,煤柱的应力集中程度低,对防止巷道冲击地压的发生是有利的。     

深部孤岛工作面强卸压技术应用

张双楼煤矿7121工作面采深超1000 m,两侧采空,为典型的深部孤岛工作面.采用理论分析、数值模拟等方法综合确定了该工作面具有较高的冲击危险性.高支承应力、煤岩冲击倾向性、地质构造等为冲击危险的主要影响因素.采动应力演化的数值模拟结果显示,工作面推进过程中存在多个重点危险区域.在对围岩进行加强支护的基础上,对各重点区...     

跨采工作面下部巷道的冲击危险性评价及防治

以亭南煤矿207工作面跨采泄水巷冲击危险性为研究对象,利用数值模拟和理论分析的方法,从围岩的应力值、变形量和弹性应变能3个方面对泄水巷的冲击危险性进行分析,并采用人工爆破的方法对泄水巷进行解危。研究结果表明:工作面在跨采泄水巷期间超前采动应力峰值维持在35MPa左右,工作面距离泄水巷10~20m时,泄水巷左右两帮围岩变形量最大值为60mm,煤体积聚的弹性应变能达到冲击所需的最小能量值108.03k J/m~3,将泄水巷评价为严重冲击危险区域,泄水巷采用人工爆破解危后,回采过程中避免了泄水巷发生冲击地压,为类似跨采巷道条件下的冲击地压防治提供相应参考。     

深井复杂条件下冲击地压主动防治技术

为解决深井复杂条件下冲击地压防治问题,以古城煤矿2103工作面为研究对象,研究了厚关键层强冲击倾向性工作面的冲击地压发生机理,利用宏观评价法对工作面进行评价并划分危险区域等级,结合微地震监测与应力在线监测采取强预卸压和强支护技术措施进行防治.措施实施后表明,回采过程中部分卸压区域会再次产生高应力集中,采动应力达到18 MPa,采取主动强预卸压解危措施后可将危险消除.据此提出基于主动强预卸压解危措施、主动强支护和主动强监测构建的冲击地压主动防治体系,能有效降低冲击地压的危险性.     

华丰煤矿微震监测与冲击地压影响因素分析

针对华丰煤矿1410工作面冲击地压常发生在工作面推进至见方、来压、煤柱和断层影响区域,研究了工作面见方、来压、煤柱、断层4个影响因素与微震监测的关系.研究表明:工作面距见方位置40～60 m时冲击危险性开始增加,见方位置处危险程度最大;周期来压期间冲击危险性要明显大于其他时期;煤柱对冲击地压的影响可达50 m以上,距煤柱10～20 m时,危险程度最大,距断层40～60 m时,受采动应力与构造应力相叠加,冲击危险性加大.最后采用矩法估计法计算分析,得出了华丰矿六煤遗留煤柱对冲击危险性影响最大,权重系数为0.389,断层次之,为0.326,来压和见方影响相对较小,分别为0.153和0.132.经计算得出了冲击危险性的综合评价指数,同时结合微震监测结果,可实现对冲击地压的预测与评价.     

某矿孤岛工作面冲击危险分析及其监测

孤岛工作面及其周围巷道附近应力集中程度高,顶板运动剧烈,再加上地质构造的影响,采深较大时,冲击危险程度就很高,很容易引发冲击矿压。文章就是在分析孤岛工作面覆岩运动和煤岩体支承压力的基础之上,对某矿23上07孤岛工作面进行冲击危险分析,划定可能存在冲击矿压的危险区域,提出早期预报;然后通过电磁辐射和钻屑法的监测进行及时预报,并根据预报结果采取相应的防治措施。     

华亭煤矿冲击地压监测及防治技术

为有效防治华亭煤矿冲击地压,系统分析了矿井冲击地压发生的原因,建立了以微震法为主,声发射、电磁辐射及钻屑检测为辅的冲击地压综合监测和预警管理体系。通过优化工作面布置、煤柱宽度、采放比、推进速度,改善了开采技术条件。采用煤层注水、顶底板深孔爆破、煤体卸压爆破及大直径钻孔等措施,实施主动解危。同时加强巷道支护和个体防护等强化防范措施,使冲击地压对矿井生产的影响时间由每年36 d减少到6 d,保证矿井安全生产。     

基于地球物理响应的冲击地压危险源辨识研究

 为了探索煤矿井下冲击地压的合理监测预测方法,使得我国煤矿冲击地压事故提前预警效率得到提高,简要对比分析了岩石力学方法与地球物理方法;建立了冲击地压发生模型,理论分析得出了冲击地压危险源的层次化分布特征,并确定了冲击地压危险源层次化辨识思路与地球物理辨识方法;在千秋煤矿开展了井田范围微震方法监测、工作面范围地音方法监测以及局部危险点电磁辐射方法监测试验研究。研究结果表明,地球物理监测方法表现出共同特点,即冲击事件前均能监测到前兆,表现为异常的微震事件、地音事件、电磁辐射事件,这些信息为辨识到的冲击地压危险源;与岩石力学监测方法相比,在时间上,地球物理方法能更为超前冲击地压显现,而辨识到冲击地压危险源;在空间上,地球物理方法能够实现远程的、大范围的、立体的冲击地压危险源辨识。如果进一步研究不同监测尺度的地球物理监测方法联合预警指标,将会使得冲击地压预报上一个新台阶。     

工作面过褶曲时微震活动规律研究

在煤矿的地质灾害构造中,褶曲构造是常常出现的,它是岩层在水平应力挤压下形成的,在高应力状态下褶曲内部聚集了大量的弹性能,当工作面过褶曲时,破坏了褶曲内部原来的应力状态,这必然导致矿震的发生。冲击矿压和矿山震动总是相伴而生,作为一种区域、实时、动态监测手段,微震监测技术用于预测预报冲击矿压等地质灾害乃至防灾减灾完全可行。结合山寨矿微震系统监测到的矿震数据,通过对褶曲的力学分析和对波形的时谱分析,研究了工作面在过褶曲时的矿震活动规律。     

铁路煤柱影响区域冲击地压综合防治技术

为了对开采铁路下煤柱的冲击危险进行有效控制,分析了唐山矿5号煤层的冲击倾向性,得出了该矿特定地质条件下冲击矿压发生机理,提出了＂开采设计规避冲击、采前卸压防范冲击、回采期间预测预报及综合防治＂为一体的冲击矿压动态防治技术体系。现场实施过程中,巷道布置、支护设计预先考虑防冲效果;掘进期间采用钻屑法圈定重点防治部位,继而采用煤体预注水、煤体爆破卸压等措施弱化煤体;回采期间,超前10～50 m采用钻屑法动态评估冲击危险程度,适时进行卸压爆破,通过综合防冲措施有效地降低了冲击危险性,保证了工作面安全高效回采。     

矿井冲击地压发生机理及简化力学模型

 以煤矿主要动力灾害之一的冲击地压为研究对象,通过对其特点及易于发生冲击地压区域特点的分析,认为易于发生冲击地压的区域普遍存在应力集中现象,将之划分为三个区域。认为存在的不均衡应力集中和采矿工作产生的扰动是冲击地压启动的条件,而造成煤岩变形局部化的内因主要是应力集中的不均衡性;不均衡的应力集中导致的煤岩体内弹性能的集聚为冲击地压的发生提供了能量;弹性能释放的逐渐衰竭和处于原岩应力状态的应力平衡特性,导致了冲击地压的停止;提出了一种简化的冲击地压力学模型,运用该模型可以解释冲击地压的发生、发展、停止及其造成的煤岩变形局部化等特点。     

地震CT技术在采煤工作面的应用研究

基于近年来在多个采煤工作面开展的实测研究结果,论述了地震CT技术在采煤工作面进行不同目的探测时的应用原理、方法及解释原则。研究表明:基于地震波波速异常率分布可以对工作面开展冲击危险性评价,确定冲击危险区域;根据地震波波速条带异常分布规律,并结合相关地质资料,可开展工作面内断层展布情况精探;利用工作面前方波速分区特征,可进行工作面超前支承压力分布划定。     

煤层注水致工作面前方集中应力前移的机理分析

针对新兴矿煤层注水消除工作面冲击地压和煤与瓦斯突出过程中集中应力前移的问题,分析了注水润湿煤体并使其支撑能力下降而导致集中应力前移的机理;结合新兴矿地质条件,对钻孔注水过程进行了数值模拟,着重分析了注水后集中应力前移、煤壁位移增大和注水钻孔周边渗流场分布情况;数值模拟结果与理论分析结果相一致。另外推导出在注水时间一定时,注水钻孔的渗透半径及应力前移距离公式。     

防治冲击地压的应力三向化理论研究及应用

基于欧拉小挠度理论建立了顶底板压杆稳定模型,煤层卸压将增加顶底板的临界载荷,增加顶底板发生冲击地压的可能性,以此提出了冲击地压治理的应力三向化理论,以济三煤矿163下00工作面为例,对冲击危险区采取了煤层卸压和爆破断底解危措施,通过钻孔窥视仪检验爆破断底的效果,观测孔发生变形、破裂或破碎,证明坚硬底板已经卸压,巷道围岩达到了应力三向化状态。工程实践表明,运用应力三向化理论对冲击危险巷道进行解危,可有效地防治冲击地压。