特厚煤层综放开采冲击地压防治技术与实践

基于华亭煤矿250102综放工作面冲击地压显现强烈、巷道返修难度大,开展了一系列技术研究和防治实践。分析表明,大采深、煤层具有冲击倾向性、坚硬厚层砂岩顶板、护巷煤柱留宽不合理是导致该工作面发生冲击地压的主要因素,并采用综合指数法判定该综放面冲击危险指数0.89,具有强冲击地压危险性。在早期预测的基础上,采用微震法对冲击危险区域进行监测。对具备冲击危险的区域,综合采用巷帮煤体卸压爆破、顶板深孔爆破、动压注水(8~13 MPa)与静压注水等卸压解危措施,削弱了冲击地压显现强度,有效降低了综放工作面冲击地压的发生。     

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。     

煤矿冲击地压巷道支护-卸压协同控制技术

在分析深井煤层巷道冲击地压发生原因的基础上提出了支护-卸压协同控制技术,同时进行FLAC~(2D)数值模拟,并对某矿7121工作面实施工程实践。结果表明:高静载主导-强动载诱发下的动静载叠加诱冲机理;锚杆内强支护、大直径钻孔软弱结构、原岩应力外强结构体为一体的支护-卸压协同控制技术能够提高巷道的抗冲、减冲、防冲能力;支护-卸压协同应力峰值30.24 MPa、两帮收敛量45.52 mm、塑性区最大,冲击危险性最小;现场巷道围岩变形监测效果良好。     

近距离煤层掘进巷道过终采线冲击地压防治技术

为了防治掘进巷道的冲击地压,首先确定了其主要自然影响因素为煤体的强冲击倾向性、水平地应力和坚硬厚层顶板。根据现场冲击地压发生的位置,采用数值模拟分析了掘进巷道过上层煤工作面终采线区域的应力分布,确定了多次采动应力叠加是冲击地压发生的力源因素。根据现场微震监测结果,认为高位坚硬顶板破坏释放的能量进一步加剧煤体应力集中是冲击地压发生的诱发因素。将后续掘进区域分为强冲击危险区域和一般冲击危险区域,并提出了在强冲击危险区域进行加强支护和大孔径钻孔结合煤体松动爆破的解危措施,在一般冲击危险区域采用煤体预注水的方式进行超前卸压。现场电磁辐射监测结果证实,强冲击危险区域的电磁辐射强度和脉冲均明显高于一般冲击危险区域,同时表明冲击地压解危措施效果明显,保证了后续掘进的安全。     

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。     

千米深井孤岛煤柱工作面沿空掘巷冲击地压控制技术研究

以张双楼矿7121工作面为背景,分析了孤岛工作面沿空掘巷应力分布特征及冲击地压发生原因,提出了巷道控制技术,并进行了FLAC数值模拟分析。孤岛工作面应力分布基本呈"马鞍形",应力集中系数k约为3,高静载主导-强动载诱发的动静载叠加诱冲机理;巷道采用高强锚杆内强支护体、大直径钻孔弱结构体、原岩应力外强结构体为一体的支护-卸压协同控制技术;支护-卸压协同控制时应力峰值58.66MPa、两帮收敛量57.76mm、右帮塑性区范围较大,冲击危险性小;现场巷道变形监测效果良好。研究成果为深井煤岩强动力灾害防治提供借鉴和指导。     

特大断面冲击地压巷道破坏机理及控制技术研究

为解决马耿村矿特大断面冲击地压巷道支护难题,介绍了巷道地质条件及围岩地质力学参数特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征,冲击地压巷道变形破坏的主要影响因素是高应力、强动载、卸压和支护体系。频繁冲击能量会产生冲击破坏效应;卸压措施会对冲击地压巷道围岩结构及支护体系产生巨大影响;主动支护体系失效导致冲击地压巷道变形严重破坏。提出特大断面冲击地压巷道矿压特征明显不同于非冲击地压巷道,不同区域及位置的巷道表面位移和顶板离层差异较大;受掘进影响巷道变形更快速更剧烈,稳定时间更长;冲击地压巷道锚杆锚索受力呈锯齿形或台阶形剧烈波动。在耿村矿进行试验,13230上平巷掘进断面超过30 m2,属特大断面冲击地压巷道。矿压监测数据显示,采用提出的支护方案后围岩变形得到有效控制,巷道支护状况得以明显改善。     

多因素耦合高静载窄短工作面防冲管控对策

冲击地压是巨野矿区灾害防治的重点,彭庄煤矿地处巨野矿区,属埋深超千米的冲击地压矿井。大埋深工作面多因素耦合高静载工作面冲击风险高,治理难度大。矿井按照“强卸压、强支护、强监测”的防冲技术路线,在3307工作面采取高密度大直径钻孔卸压、顶板爆破预裂、增加被动支护密度等针对性防冲措施,有效降低了采空区三角煤柱应力集中程度,解决受大埋深、采空区、巷道切割、断层等多因素影响的高静载窄短工作面安全推采的问题。     

迎采动及冲击矿压沿空巷道综合维护技术

留窄煤柱沿空巷道受冲击矿压及相邻工作面采动影响,普通锚网索联合支护难以控制窄煤柱变形及顶板稳定,针对巷道受力及围岩变形特点,提出"强化矿压监测预报、强化巷道围岩卸压、强化支护结构强度"的"三强化"巷道综合维护技术,将监测预报、围岩卸压和支护有机结合,有效维护了强矿压迎采动沿空巷道的稳定。     

呼吉尔特矿区邻空巷对掘致冲风险分析及防治技术研究

为研究呼吉尔特矿区厚硬顶板条件下小煤柱沿空掘巷贯通期间冲击地压机理,以门克庆煤矿11-3107回风巷贯通期间矿压显现为工程背景,建立了邻空巷贯通期间应力分布模型及FLAC^3D数值模型,对比了距贯通点不同距离掘进工作面应力演化特征,揭示了邻空巷贯通期间冲击地压机理,并通过十字布点法、应力、微震等多种监测手段对巷道围岩变形、煤体应力进行了实测。基于机理分析和现场实测,提出卸压-支护一体化技术。结果表明：由于煤层顶板上方存在厚硬岩层,巷道开挖后,厚硬岩层通过应力传递作用于巷道围岩,使得滞后于掘进工作面的巷道顶底板及帮部发生较大变形;随着邻空巷掘进工作面距离贯通点越近,巷道变形量逐渐增大,通过巷道变形量的增加速率明确了距贯通点约160 m时,巷道变形量开始突增;微震事件主要集中在距贯通点190～60 m以内的巷道贯通区域,理论计算与现场矿压显现相符。     

坚硬顶板多层煤开采动力灾害治理研究

以鹤岗矿区富力煤矿62184工作面为背景,开展了坚硬顶板多煤层开采动力灾害(矿震和矿震诱发的冲击地压)治理技术研究。根据已发生的多次冲击显现分析了坚硬顶板多层煤开采条件下冲击地压发生原因。根据微地震监测数据确定了对工作面冲击危险产生主要影响的坚硬岩层。提出从降低静载荷、削弱动载荷、增强抗冲能力、完善冲击危险性监测预警4个方面开展针对性的冲击地压综合治理工作,以此为依据制定的冲击地压防治措施在现场施工后起到良好效果。     

一次浅埋采场冲击地压发生的原因及防治研究

以宽沟煤矿首次发生在浅埋深的工作面冲击地压为例,分析了工作面冲击地压诱发因素,并结合现场应用提出了防治措施。分析结果表明,工作面发生冲击地压内在因素是具有强冲击倾向性的坚硬顶板,它是煤层能量积聚的来源,煤层的局部应力集中和工作面的支护状态是发生冲击的诱发因素。并结合现场实践提出了加强工作面支护、煤层卸压、底煤处理、顶板处理等防治措施。     

高地压巷道动力显现区域围岩稳定性的钻孔窥视分析及对策

针对高地压作用下小庄煤矿40204运输巷在工作面超前区域的动力显现问题,采用钻孔电视成像仪对该区域内8个巷道断面进行了钻孔窥视探测,研究裂隙在顶板、煤柱帮和实体煤帮内的发育程度及分布规律,进而分析该区域巷道围岩的稳定性。根据研究结果,采取加强支护及煤体卸压措施,降低围岩局部应力集中,保持支护结构完整。研究表明,工作面超前60m范围内围岩裂隙较为发育,支护损伤较大,稳定性较低。在工作面超前区域内,区段煤柱帮的裂隙比实体煤帮更为发育,稳定性相对较低;工作面超前区域顶板离层较为严重,需要加强顶板支护强度,以保障巷道顶板的稳定性。依据钻孔窥视结果,采用锚索配合槽钢补强支护及煤体爆破卸压措施;经过钻屑法检验,上述措施有效降低了巷道冲击危险性。     

坚硬煤岩体“钻-切-压”一体化释能减冲技术研究

为解决葫芦素煤矿坚硬煤岩体的冲击地压问题,结合21103工作面冲击地压显现特征,详细分析了工作面冲击危险的全局影响因素与局部影响因素,得出了坚硬煤岩体的冲击地压发生机理。分析表明:坚硬煤层是21103工作面冲击启动的主要内部条件,坚硬顶板是21103工作面冲击启动的主要外部条件,通过降低煤岩体系统内弹性能、增大系统破坏时所消耗的能量的方式,可破坏系统内外的蓄能条件,达到释能减冲的目的。设计了坚硬顶板水力压裂、顶板深孔预裂爆破、顶板水力切缝与坚硬煤体大直径钻孔卸压、煤体卸压爆破相结合的"钻-切-压"一体化释能减冲方案,采用水力压裂作为坚硬顶板的基础卸压措施,采用煤层大直径钻孔作为坚硬煤体的基础卸压措施,煤层卸压孔直径设为150 mm,钻孔间距设为1 m,采用煤体卸压爆破作为补充卸压措施,其实施原则包括:小孔径、高钻孔密度、小炸药线密度等。实践结果表明:该技术方案能够减弱强矿震的破坏力,有效减少冲击地压事故的发生,起到"释能减冲"的效果,具有一定的推广价值。     

浅埋冲击危险性加长工作面坚硬顶板控制研究

为实现冲击危险性加长工作面坚硬顶板的有效控制,采用支架压力监测、微震监测、数值模拟和综合指数评价的方法,开展加长工作面坚硬顶板条件矿压显现规律现场实测、煤柱上方顶板处理范围的数值计算以及工作面冲击地压危险评价,并进行了现场实践。研究表明,加长工作面具有中等冲击危险,坚硬顶板活动剧烈程度、应力变化、巷道变形具有区域性,在"单面见方"等区域,坚硬顶板岩层能量集中释放,巷道变形量大,煤柱应力集中程度高,确定了不同区域坚硬顶板处理范围,开展了超前深孔预裂爆破的现场实践,使坚硬顶板问题与冲击地压危险得到有效地控制。     

急倾斜特厚煤层工作面非对称冲击矿压机理

针对急倾斜特厚煤层水平分段综放开采工作面冲击矿压灾害,以窑街三矿为工程背景,采用离散元数值模拟(UDEC),研究了急倾斜特厚煤层水平分段开采顶板破断及结构演化规律,再现了矿震作用下工作面非对称冲击矿压孕育和发生过程;理论分析了工作面底煤应力非对称分布特征;基于动静载叠加原理揭示了工作面非对称冲击矿压发生机理;最后提出了防治对策。研究结果表明：急倾斜特厚煤层水平分段综放开采工作面在顶底板非对称错峰支承压力作用下,煤体受载特征沿倾向呈现分区差异性：顶板侧挤压、中部剪切、底板侧拉-剪。工作面底煤中形成浅部汤匙状卸压区和深部非对称应力集中区,顶板侧煤体垂直应力峰值和剪切应力峰值均为底板侧的5倍。进入深部开采后,工作面悬顶长度增大,同时采空区内关键岩块发生回转、滑移和倾倒的可能性增加,导致矿震强度增大。当动载应力与工作面底煤应力集中区中的静载应力叠加大于“煤体+液压支架”系统的极限应力时,发生急倾斜特厚煤层水平分段综放开采工作面非对称冲击矿压。研究结果与现场实测相吻合。     

工作面“见方”期间冲击危险的监测与防治对策研究

工作面回采过“见方”区域采空区上覆顶板结构改变,稳定性下降,冲击危险性将逐步增强。针对园子沟煤矿1012001工作面“见方”区域冲击地压治理问题,采用微震、应力在线及矿压监测对工作面冲击危险进行监测,根据监测结果设计卸压参数,形成以煤体大直径钻孔卸压和顶板水力压裂为主的综合治理体系,研究成果可为类似条件下冲击地压防治提供参考。     

坚硬厚顶板煤柱型冲击地压防治技术研究#br# #br#

为了对坚硬厚顶板这种特定地质条件下的冲击地压防治技术进一步细化研究,分析了宽沟煤矿I010203工作面开采过程中上覆坚硬厚顶板冲击地压过程,提出了相应的防冲技术措施,并基于工作面卸压防冲前后微震事件时空变化规律对防治技术进行了效果检验,研究结果表明：B2煤层开采后上覆坚硬厚顶板易在I010203工作面采空区及相邻I010201采空区之间的煤柱区域产生悬顶,不但会造成煤体静载应力集中,而且造成能量积聚,从而产生大量动载,悬顶长度过长时会发生垮落、破断等强动载扰动,当动载荷和静载荷叠加超过临界值时便会造成冲击显现,煤柱集中静载和坚硬顶板破断动载是冲击地压主控因素。根据上述冲击地压分析结果,设计了顶板断顶预裂和煤体超前爆破两种卸压技术措施,并选取卸压前后稳定生产期间的微震事件进行卸压效果对比分析,卸压后微震日总能量和日总频次明显降低,103～104J以上微震事件明显减少且微震的空间分布较为分散,顶板附近微震事件明显减少,说明采取的卸压措施效果明显,可有效降低冲击危险性。     

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。     

煤矿冲击地压灾害监测预警技术研究

为合理选用监测预警方法以便进行高效的冲击地压防治,通过工程与文献调研、理论分析、现场实践等方法,分析总结了我国煤矿冲击地压发生特征、影响因素、发生机理、监测预警手段等。结果表明:冲击地压大多发生在巷道,破坏范围一般为90~150 m,且矿震能量越大、距离巷道及采场越近,其诱冲可能性越高;冲击地压发生机理一般为静载应力集中和矿震动载扰动叠加作用的结果;冲击地压的监测预警主要从静载应力场和震动场两方面,单一监测方法难以实现对冲击地压的精确预测,而联合多种方法涉及震动场和应力场的多参量综合监测预警技术较为科学。