复杂采矿条件下临时水平矿柱稳定性分析

针对复杂采矿条件下金川二矿区仍采用多中段开采的现实,采用三维非线性有限差分数值模拟方法,揭示了1 000 m临时水平矿柱从其形成、逐分段回采变薄直至最终消失全过程,在控制围岩地压活动方面所起作用的机制,以及临时矿柱应力与变形分布的演变规律。结论表明,临时水平矿柱形成之初,在控制上下围岩收敛变形方面起到明显的作用,但在矿柱与围岩结合部位引起应力集中现象明显;回采水平矿柱对采空区下盘围岩变形产生相对较大影响,但不至引起灾害性地压活动的产生。     

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。     

义马跃进矿断层构造下冲击地压监测及防治

断层构造诱发冲击地压的机理为构造应力与采动应力叠加。以义马跃进矿25110工作面下巷为研究对象,通过对地质构造和断层情况的研究,运用综合指数法进行冲击危险程度评价和等级划分,并采用KJ550冲击地压在线监测系统实时监测受断层影响区域的应力集中情况,结合相应的卸压和支护措施,形成一套监测预警与防治结合的系统。该系统安装后有效地监控了25110工作面推进到断层影响区域时出现的因断层活化而引起的应力集中和转移现象,通过采取大直径卸压钻孔、煤层注水等方法并配合强支护措施,实现了应力的释放和转移,降低了断层附近工作面冲击危险性,提高了生产的安全性。     

工作面停采位置优化与冲击地压防治技术研究

为了解决工作面末采期间,上、下山煤柱应力集中引起的冲击地压难题,以双鸭山矿区西二采区九层四片工作面为研究对象,探索了停采区域冲击地压控制技术。针对设计的20 m煤柱的停采方案,模拟得到:工作面采动应力影响范围涉及轨道下山,轨道下山煤岩体应力达到32～44 MPa,应力集中系数为1.83～2.51,轨道下山应力集中明显,发生冲击地压的可能性较大。随着轨道下山与停采线距离的增加,轨道下山冲击地压危险区域逐渐减少。建议轨道下山与停采线的距离为40 m,同时对轨道下山采取大直径钻孔卸压的卸压防冲措施。     

矿井不连续面冲击地压发生过程分析

本文在分析断层等不连续面冲击地压现象的基础上，用岩体的振动与断层间的刚体错动的叠加来描述不连续面冲击地压发生过程．提出阶层上下两盘刚体滑动的稳定与非稳定的形式；分析了振幅越来越大的不稳定振动．断层冲击地区发生时，岩体位移是岩体的振动与断层间的刚体错动的叠加．指出了发生断层冲击地区的影响因素及原因，     

深部开采临近断层应力场演化规律研究

针对耿村煤矿东部区段深部开采临近F16逆冲断层容易造成冲击地压问题,采用数值计算与相似材料实验相结合的研究方法,研究了随开采深度增加及临近F16断层过程中围岩应力场演化规律。研究结果表明,随着开采深度的增加及临近F16断层,增大了围岩应力集中程度,在断层上盘岩体水平推力、覆岩重力以及采空区岩层下滑力叠加作用下容易使得断层下盘岩体以某一轴线发生扭转,增大了冲击危险性。综合判断其冲击地压失稳模式为F16逆冲断层、井田境界煤柱影响下的高应力、大范围、区域性失稳。     

深井巷道断层对冲击地压的影响分析

以星村煤矿3302运输巷掘进工作面为研究背景,采用FLAC^3D数值模拟分析的方法,分别模拟了3302运输巷距离断层60、50、40、30、20、10 m时围岩的应力分布情况。通过对距离断层不同位置时的深井巷道围岩应力变化情况进行分析,研究了断层对掘进工作面影响的应力分布规律,从而得出掘进工作面开采时周围煤岩体受断层影响的规律,即距断层越近,应力集中现象越明显,煤岩聚集的弹性能越大,发生冲击地压的危险性就越大。采取相应的卸压措施后,现场监测数据表明,冲击地压防治措施在实际生产过程中具有较好的卸压效果。     

基于数值模拟分析的采场应力阻隔及地压控制研究

以云锡卡房分公司大白岩矿区I-9矿群开采过程中的采场结构参数及顶板地压控制优化为研究对象,在现场调查、岩石力学实验及矿岩体质量分级的基础上,采用有限元法3D-σ,对开采现状及后期开采过程中采场结构参数和地压控制进行了研究。结果表明:有些开采区域目前有应力集中现象,主要表现为安全率偏低,且塑性区连片,继续采用全面法开采剩余矿体会造成大的地压活动,安全隐患极大。通过多方案对采场结构参数及回采顺序的论证,建议在合理结构参数的基础上在15、16地质剖面线位置留6m的连续矿柱将现有采空区隔离,将剩余矿体分为A、B、C、D、E、F六个区域独立开采进行应力阻隔,能有效控制地压,达到安全开采的目的。     

冲击地压的发生机理与防治方法

随着煤矿采掘深度和强度的不断加大,冲击地压灾害愈发严重。冲击地压的发生是能量在煤岩体内部积聚的结果,高应力是冲击地压的充分必要条件。现有冲击地压防治方法都是通过卸围压来释放煤岩体内部积聚的能量,从而减弱煤岩体内部的应力集中,防治冲击地压现象。     

逆冲断层和巨厚砾岩耦合作用诱冲机制研究

为研究巨厚砾岩与大型逆冲断层控制下耿村煤矿13230工作面冲击地压发生机理,对其掘进与回采期间地质特征、微震时空演化、b值及能量特征和地表沉降变化特征展开现场实测分析。研究结果表明：F16断层逆冲滑移运动产生的高水平应力和巨厚砾岩大面积悬顶产生的高垂直应力为冲击地压孕灾提供了力源条件|13230工作面掘进末期、开切眼及回采初期距离F16断层较远,断层滑移运动影响较小而巨厚砾岩运动作用影响较大,煤岩体能量增长式积聚最终诱发剧烈的冲击地压事故|随着13230工作面逐渐向断层靠近,断层滑移运动影响增强,地表抬升现象明显,煤岩体能量均匀性积聚最终诱发集中式较轻微的冲击显现。研究结果为巨厚砾岩和逆冲断层影响下13230工作面冲击地压发生机理的研究提供理论基础。     

正断层附近煤的物理力学性质变化及其对矿压分布的影响

通过对正断层附近煤层显微裂隙、孔隙观测,力学性质实验和数值模拟分析,系统地揭示了正断层对煤的物理力学性质和矿压分布的影响。研究表明,正断层带附近煤岩体破碎,煤（岩）体中裂隙的发育程度随距断层面距离的变小而增强,煤岩力学强度越靠近断层越低;且裂隙的力学性质向断层面方向由张性向张扭、压扭性再到张性转化;断层导致初始应力场的挠动,局部产生附加应力。在采动影响下断层“活化”,随着距断层面距离的减小,工作面前方煤（岩）体中支承压力均明显增大,支承压力峰值位置向前方煤岩体中转移,在回采工作面煤壁和其前方断层之间煤柱之上压力分布类似于小的残留煤柱的情况,煤柱愈窄,压力峰值愈高,煤的抗压强度是残留煤柱承压作用的极限。     

深井不等宽断层煤柱诱发冲击地压机理研究

以采深超千米且存在不等宽断层煤柱工作面为工程背景,分析了断层构造应力和临断层采动工作面上覆岩层运移对冲击地压的影响,进而研究了不等宽断层煤柱诱冲机理。研究表明,断层构造应力和煤层上方悬露覆岩应力叠加超过不等宽断层煤柱综合强度导致了冲击地压发生。通过构建断层构造应力模型、悬露覆岩载荷模型和不等宽断层煤柱承载模型,推导了不等宽断层煤柱能否发生冲击的力学判别式,可用于断层煤柱区域冲击危险区的精确划分,为提前采取针对措施提供依据。研究成果经现场实践,实现了工作面安全开采。     

李官集铁矿采场动态地压监测及数值分析

针对李官集铁矿点柱式分层充填法的特点,按照矿山实际的开采和充填步骤,对采场中的间柱、点柱、充填体和上下盘围岩的应力变化进行动态监测和分析,并考虑矿体中优势结构面的影响,运用3DEC构建含有优势结构面的岩体模型,结合地压的实际监测变化量和数值模拟得到的地压值匹配,分析了点柱式分层充填法开采过程李官集铁矿的地压变化规律。结果显示：①开采初期,矿柱和围岩共同支撑上部载荷,随着开挖高度的增加,应力由点柱逐渐向围岩转移,上部载荷主要由围岩体支撑;②应力在上下盘岩体之间随开采向上交替变化：开挖层应力增加,回填层应力局部恢复,扰动层应力释放。在同一点柱间地压呈现分层转移规律,并随开挖进行循环往复。     

上下盘开采顺序对断层煤柱采动应力的影响

回采巷道沿断层边界布置时,采用基本顶断裂岩块铰接平衡理论研究了先采断层上盘或先采断层下盘2种开采顺序下,工作面采空区基本顶荷载在断层两侧的传递规律和差异性;现场实测了2种条件下断层煤柱及相邻回采巷道的矿压显现特征。研究表明:断层上盘先行开采时,断层的载荷传递系数较大,上盘断层煤柱压力小,下盘煤体压力较大。断层下盘先行开采时,断层的载荷传递系数与断层角度有关,当断层角度较大时,下盘采空区覆岩载荷可以传递给断层上盘,下盘断层煤柱压力小,上盘断层煤体压力大;当断层角度较小时下盘覆岩载荷难以传递给断层上盘,下盘断层煤柱压力较大,上盘煤体压力相对较小。为此,断层上、下盘开采顺序不同时应留设不同的断层煤柱。     

基于PHASE数值模拟矿山开采过程的地压监测系统构建及应用研究

毛坪矿在向深部延伸开采过程中,深部高应力、岩爆等地压问题日益突出。通过PHASE软件对矿山典型地质剖面进行数值模拟与分析,得到了不同矿体之间的天然隔离矿柱是应力集中最为明显的区域,且岩层移动以上盘上向45°方向的移动变形最大等地压活动规律,为矿山地压监测系统建设提供了参考。基于PHASE模拟分析结果及矿山开采技术条件,开展了地压监测方案设计并建立了地压监测系统,通过地压监测与分析,得到了矿山动态开采过程中围岩的微震时空演化规律及变形破坏特征,为后续的地压灾害防控提供了技术依据。     

采动影响下陡倾断层面对岩移的屏障效应及其发生机制

为研究采动影响下陡倾断层面对岩体移动的屏障效应及其发生机制,基于数值模拟方法,分析了采空区分别位于断层面上盘和下盘时,断层面对围岩位移场和应力场的影响。结果表明:假定条件下,采动影响范围内的断层面破坏了岩体移动和变形的连续性和协调性,影响了围岩应力的传播,具有一定的屏障效应;断层面上盘开采比在下盘开采引起的断层面两侧围岩位移差和应力差更大,采动产生的卸围压效应更强,并揭示了陡倾断层面对岩移屏障效应的发生机制。研究成果对于断层影响下岩体移动范围的确定具有重要的意义。     

特厚煤层综放工作面防冲煤柱宽度优化

为研究强冲击倾向性特厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度,对华亭煤矿250102工作面频发的冲击地压现象进行分析,发现250102工作面20m区段煤柱内存在着极易诱发冲击地压的应力条件,具有典型的煤柱型冲击地压特征。采用数值模拟和理论计算的方法对2501采区工作面区段煤柱合理宽度进行模拟计算。研究表明：当煤柱宽度为5m时,应力集中系数最低,为1.14,冲击危险程度较低|当煤柱宽度为20m时,应力集中系数达到最高,为3.40,冲击危险程度达到最大|当煤柱宽度为25m以上时,应力曲线由单峰转化为双峰,煤柱由小煤柱的屈服阶段进入到大煤柱的承载阶段,冲击危险程度在不断降低|理论计算得出适合2501采区工作面区段煤柱宽度为5.64m,与数值模拟结果较为吻合。2501采区后续工作面均采用6m宽的区段煤柱,经实践验证,该宽度的区段煤柱对华亭煤矿冲击地压的防治效果较好。     

矿山微震监测数据应用与研究

随着采深增大,某矿山地压问题逐渐凸显,开采中出现顶板冒落、矿柱片帮等岩体动力灾害,同时存在周边矿山越界开采活动,不明采掘作业影响矿岩结构系统稳定性。为此矿山建立了一套微震监测系统,通过数据处理辨别并定位微震与爆破事件。以某时段监测数据为基础,总结了岩体破裂活动时空活动规律,分析了采区围岩的应力分布特征,掌握了越界开采作业时间与位置,本监测分析方法可在今后矿山地压管控中应用与推广。