孤岛工作面防冲安全开采论证方法研究与应用

为便于执行《煤矿安全规程》和《防治煤矿冲击地压细则》中关于开采冲击地压煤层孤岛煤柱应进行防冲安全论证的规定,提出一种孤岛工作面防冲安全开采论证方法,并进行工程应用。结果表明:孤岛工作面防冲安全开采论证包括冲击地压矿井属性论证,孤岛工作面冲击类型论证,孤岛工作面冲击危险等级评价,矿井防冲能力论证;依据煤层冲击倾向性鉴定结果和煤层冲击危险性评价结果论证煤层冲击地压属性,进而得到冲击地压矿井属性;对于冲击地压矿井,根据孤岛工作面支承压力分布论证冲击地压类型;在开展冲击危险因素排查和冲击危险性评价的基础上,计算防冲工程量;依据矿井防冲机构与人员配备情况、监测系统覆盖能力、卸压机具配备情况,论证矿井防冲能力;最后,综合冲击地压类型、冲击危险等级及防冲能力与防冲工程量之间的关系,得到能否保障安全开采的结论。     

巨厚坚硬顶板条件下断层诱冲特征及机制

为了揭示巨厚坚硬顶板条件下断层诱发冲击地压的前兆特征及诱冲机制,基于义马跃进煤矿25110工作面为研究对象,对某段时间内冲击现象的发生规律进行了归纳分析,针对断层诱发冲击地压的典型案例,结合微震监测数据,分析了冲击地压发生前的微震能量与频次及微震活动的时空规律,并采用数值模拟研究了采动影响下断层带附近应力场的分布特征,从地质构造、微震活动、应力场3个方面讨论了该工作面冲击地压发生的原因及机制。研究表明:巨厚坚硬顶板被F16逆断层及两正断层切割,易造成顶板大面积运动,为冲击地压的发生提供了动载条件;工作面发生冲击前微震能量与频次下降,断层带附近区域微震活动减少,有明显"缺震"现象,为冲击地压的发生积聚了能量;受采动、断层及相邻工作面采空区影响,25110工作面形成了高强度支承压力,断层带至下巷附近应力高度集中,尤其下巷底板存在较高的水平应力,为冲击地压的发生提供了力源条件。     

坚硬顶板厚煤层分层开采诱冲机理实验研究

针对坚硬顶板厚煤层下分层综放开采冲击频发的现象,设计了厚煤层分层开采相似模型实验,研究了分层开采条件下上覆岩层的运移规律和底板岩层的应力特征。应力监测表明,顶分层开采时煤岩应力变化较平稳,而下分层开采时应力波动十分剧烈,当载荷超过煤体极限载荷时,就可能会发生冲击地压。     

巨厚岩层稳定性与冲击地压防治关系研究

针对具有巨厚岩层的冲击地压矿井,巨厚岩层作为矿井覆岩的主关键层,其稳定性关系到整个采场的安全。结合多年研究的工程案例,数值模拟分析了巨厚岩层在开采中的稳定阶段,重点研究其稳定前后冲击地压的发生机理,将此地层条件下的冲击地压防治分为2种形式:巨厚岩层稳定环境下,开采范围的增大造成巨厚岩层承受载荷转移,导致采场围岩形成高静应力引发自发型冲击地压;巨厚岩层失稳后产生的强动载部分传递至采场与静应力叠加,造成围岩应力突变而引发矿震诱发型冲击地压。在巨厚岩层稳定前后应用高精度微震监测系统,动态判断顶板活动范围及巨厚岩层稳定发展趋势;同时在临场应用应力在线监测预警系统实时分析采场围岩应力场变化范围和发展趋势,并对危险区进行实时预警。     

巨厚砾岩下薄保护层开采应力控制防冲机理

以典型巨厚砾岩影响的冲击危险矿井为背景,运用理论分析和数值模拟相结合的方法,对薄煤层作为保护层开采的区域应力控制防冲机理及防冲效果进行分析研究。研究结果表明,在保护层与被保护层距离一定的前提下,被保护层的卸压梯度和范围与保护层的开采范围呈正比。保护层开采范围越大,上覆岩层内的高应力释放的空间越大,被保护层回采工作面及其区段煤柱仅承受本区段开采产生的采动应力,使"顶板-煤层"结构体处于低应力环境中,冲击地压得到控制。     

双煤层协同开采矿井防冲优化设计

针对双煤层协同开采矿井区域防冲优化设计问题,以纳林河矿区陶忽图煤矿为工程背景,分析得出矿井当前开采设计方案存在的主要问题,包括保护层选择不合理、开切眼或终采线外错、部分区域位于保护范围外、丢失三角煤、对矿井后期大巷保护煤柱的回收不利和矿井前期采掘过于集中等。针对这些问题,从冲击地压防治角度出发提出优先开采2-2煤层作为3-1煤保护层,对大巷布置、工作面布置等进行调整并给出了单翼和双翼双煤层协同开采优化设计方案。并基于矿井地质及开采技术条件,结合相关标准和规范,计算得出矿井双煤层协同开采合理错距和滞后距离：合理倾向错距为30 m,走向错距为47 m, 3-1煤层工作面回采应滞后2-2煤层工作面1200 m。     

巷道防冲液压支架研究及应用

针对现有巷道支护难以抵抗冲击地压产生的强震强冲作用从而造成支护失效、巷道垮塌及人员伤亡这一难题,基于巷道围岩-支护系统的静力学与动力学理论分析,提出了防冲支护设计的6项原则,即让位阻力可变原则、让位位移可变原则、让位刚度可变原则、让位频率可变原则、让位速度可变原则和让位能量可变原则。研制了具有吸能功能的巷道防冲液压支架,通过实验室试验对支架防冲装置中的诱导式预折纹构件进行了吸能特性研究,得到:单节防冲构件平均让位阻力1 820 kN,让位位移100 mm,让位刚度和频率为0,让位速度为2.3 m/s,让位吸能为182 kJ;双节防冲构件平均让位阻力为2 010 kN,让位位移为200 mm,让位刚度和频率为0,让位速度为2.2 m/s,让位吸能为402 kJ,2种构件的实验结果都达到防冲液压支架的技术参数要求。进一步,对防冲液压支架在耿村煤矿井下的支护状态与吸能防冲效果进行了监测与分析,发现:防冲液压支架在M_L3.0级强震过程中让位最大达16 cm,发挥了预期的吸能防冲作用,同时间接地证明了防冲支护设计原则的合理性。     

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。     

深部开采冲击地压煤层防冲支护系统研究

伴随矿山开采深度的增加和开采速度的提升,冲击地压成为严重危害我国矿山安全生产的重大隐患。一套安全可靠的支护系统,在冲击地压防治中具有重要作用。结合义煤集团跃进煤矿25110工作面实际地质情况,基于该区域矿压规律,针对性地设计了一套防冲支护系统,确保了回采过程中的巷道安全。     

巨厚坚硬顶板变形及垮落的动态演化特征研究

义马煤田赋存一层巨厚坚硬岩层,是矿区诸多动力灾害的主要诱因.本文以义马煤田千秋矿21221工作面为工程背景,开展了顶板岩层冲击倾向性的实验测定,采用相似模拟和数值分析方法研究了工作面回采过程中巨厚坚硬顶板运动特征,分析了巨厚坚硬顶板垮落垂直位移动态演化规律,建立了采动应力分布与顶板运移的关系.研究结果表明:巨厚坚硬顶板...     

深部开采孤岛工作面冲击地压防治研究

针对深部开采孤岛工作面冲击地压危险性的评价及防治研究,首先采用宏观评价法评价冲击地压的危险性,其次找出产生冲击危险的影响因素,最后根据多因素耦合法,划定不同危险程度的区域,结合现场地质条件提前采取具体防治措施。     

Research on the relation between rock burst and movement of strata and surface

Large-scale bed separation in bending strip upside cranny strip was brought by un-consistency of overlying strata subsidence movement due to under surface mining. Different characteristic of movement and deformation of overlying strata and surface include periodic caving of bed separation interspaced along with work face mining. Conglomerate rock layer movement is the main power fountain of rock burst on the basis of locale observation. And rock burst moves periodically adapted to movement of deep conglomerate rock layer which had similar characteristic with main roof. Practice indicates this method that forecasting and prediction using correlation information of movement of strata and surface is feasible and has reference meaning for similar stope.     

坚硬顶板“孤岛”工作面冲击地压综合防治技术研究

根据耿村煤矿12230特殊空间结构体”孤岛“工作面的实际情况,通过理论分析及相同条件下冲击地压事故案例综合分析,判定该工作面冲击危险程度较高,易造成工作面及两巷的冲击,提出控制工作面回采速度、加强工作面上下端头及两巷超前加支护措施和大直径深孔卸压、煤层注水、断底爆破、监测等综合防治冲击地压技术方案。结合防治冲击地压监测数据,通过应力、微震等监测结果分析表明,采取措施后,工作面回采过程中日均微震频次与日均释放能量均有所下降,不规则煤柱影响区域应力得到明显降低,工作面实现了安全回采。     

构造应力下坚硬底板冲击地压机理分析

在存在向斜地质构造的区域进行煤炭开采,水平构造应力往往远超过垂直应力,并对底板型冲击地压的发生起着至关重要的作用.坚硬底板由于其强度高,抗变形能力强,易于积聚大量的弹性弯曲变形能.构造应力的作用为冲击地压的发生提供了必要的力源条件,而坚硬底板的存在则保证了大量弹性变形能的储存,二者的结合促使发生底鼓型冲击地压.     

鄂尔多斯深部矿区冲击地压防治思考

根据国家能源西进战略,鄂尔多斯矿区近年来新建了部分深部矿井,由于缺乏深部开采经验,其在矿井建设阶段未充分考虑冲击地压因素,导致矿井在开采过程中面临冲击地压灾害.通过对鄂尔多斯深部矿区冲击地压显现现场调研,分析了其冲击地压影响因素,提出了鄂尔多斯深部矿区冲击地压研究方向.鄂尔多斯深部矿区受开采深度、煤岩冲击倾向性、顶板特...     

厚硬岩层下孤岛工作面开采“T”型覆岩结构与动压演化特征

为研究厚硬岩层下孤岛工作面开采对强矿震或冲击矿压的影响,理论分析鲍店矿103上05孤岛工作面厚硬覆岩空间结构及其破断运动对矿震活动的影响,并对孤岛面开采的冲击矿压危险性进行了动态评价。研究表明:103上05工作面在竖向剖面上为一非对称"T"型孤岛覆岩结构,其长臂侧易出现关键层大尺度破断运动,诱发强矿震与冲击矿压的危险性较高;在水平层面上亚关键层破断形成"O"型断裂结构,巨厚主关键层则以大尺度"OX"模式分层破断。各级关键层的逐级破断与运动是矿震活动的主要动力源。根据微震实测,矿震活动多集中在"T"型结构长臂侧,尤其是能量大于105J的强矿震主要出现在103上06采空区与103上05工作面巨厚主关键层中,并表现出很高的S,P波能量比。通过波速梯度异常区的动态反演,对"T"型孤岛面覆岩运动的动压危险性进行评价,效果良好。同时,分别进行煤层静载预卸压与低位顶板走向步距式超前预裂,降低了强矿震活动对煤体的冲击扰动效应。     

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。     

深井冲击地压发生机理分析及预测方法研究

本文在总结深井冲击地压的特征和规律的基础上,对深井冲击地压的发生机理,如强度理论、冲击倾向性理论、刚度理论、能量理论、失稳理论等分别进行了分析,指出了上述各种理论的不足,结合淮北某矿顶板砂岩试验,提出了利用应变法和声发射法来预测深井冲击地压的发生,取得了较好的效果。     

张双楼煤矿冲击地压防治技术管理体系

徐州矿务集团有限公司张双楼煤矿为冲击地压矿井,为做好冲击地压防治工作,该矿构建了区域和局部相结合的防冲技术管理体系,通过实施冲击地压危险性预测、监测预警、防范治理、效果检验、安全防护等综合性防治措施,取得了良好防治效果.     

煤厚变异区开采冲击地压发生的力学机制

针对地质构造区域煤层开采容易发生冲击地压的情况,建立了煤岩组合体力学模型,研究了煤厚变化对超前支承压力分布特征和能量演化规律的影响,揭示了煤厚变异区煤层开采冲击地压发生的力学机制。研究表明:煤厚变薄区的原岩应力比变厚区大,煤厚减小率或岩煤弹性模量比越大,应力变化梯度越大;工作面由厚向薄回采,超前支承压力呈"双峰值"分布,而工作面由薄向厚回采,超前支承压力呈"单峰值"分布;冲击地压发生时,工作面由厚向薄回采,第2峰值应力区内形成高能区会阻碍能量向煤壁深部传递,产生的冲击能量将主要向巷道或工作面临空面释放,而工作面由薄向厚回采,冲击能量可向煤壁深部转移,冲击影响范围小。现场案例分析及工程实践表明,工作面由薄向厚回采更有利于防冲。