考虑瓦斯作用的煤层平动突出模型

基于Lippmann冲击地压基本理论,考虑冲击地压发生过程中瓦斯的影响,建立了适用于顶底板为岩石的煤巷或半煤巷的煤层平动突出模型,求解模型得到不同瓦斯压力下的煤层扰动区范围、塑性活动区长度以及煤层整体失稳前临界状态下的应力分布,并利用所得塑性活动区和扰动区长度的计算结果代入FLAC进行数值计算,分析巷道两帮的水平位移。理论求解和数值模拟结果均表明,煤层稳定性与瓦斯具有相关性,高压瓦斯成为煤层失稳的助推力。     

基于Druker-Prager准则的煤层冲击失稳模型

屈服准则对煤层冲击失稳模型的计算结果有较大影响。考虑中间主应力和支护阻力的作用,运用Druker-Prager准则对煤层平动冲击失稳模型进行推导,得到煤层应力、扰动区长度、塑性区长度的解析公式,并与基于Mohr-Coulomb准则的计算结果进行对比,分析支护阻力、原岩应力、巷道尺寸对煤层冲击失稳的影响。结果表明,此方法得到的煤层应力分布曲线符合典型的煤层应力分布特征,且其煤层冲击失稳评价结果更加可靠;加强支护和减小巷道宽高比,能够降低深部煤层发生冲击失稳的危险。     

煤层顶板冲击倾向分类的研究

强烈的冲击地压主要是由于顶板参与所致。本文从不同高度比的煤岩复合模型压缩试验入手,研究顶板岩石对煤层冲击的影响,从而论证了厚层砂岩顶板条件下煤层有剧烈破坏的趋势,煤层冲击危险强烈。通过不同顶板岩样的实验室试验和大量冲击地压实例,讨论了顶板对冲击地压的作用。应用悬臂梁理论。推导了顶板弯曲能量计算公式。在室内试验结果与现场实际对照分析的基础上。提出了适合我国矿井情况的顶板岩石冲击倾向指标,即弯曲能量指数U_(WQ),给出了冲击倾向评判标准。同时,考察了波兰学者提出的岩石弹性能量指数P_(ES),指出了该指标的不足之处。     

突出与冲击地压的对比分析

突出与冲击地压严重威胁着矿井安全生产,在分析有关文献资料的基础上,对二者的相同点和不同点进行了归纳。结果显示,在这2类动力灾害之间,有12个方面存在相似之处,9个方面存在差异;最后,分别以它们与地质构造和综放开采工艺的关系为例分析其相同性和差异性。研究结果表明,地质构造可为冲击地压和突出提供有利条件,综放开采工艺不适用于突出煤层,但有利于控制冲击地压。     

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。     

开采突出危险煤层的综合装置一联合刨煤机

在俄罗斯有40％煤矿开采有瓦斯爆炸和冲击地压危险的煤层。没有超前开采保护层的这些煤层会出现危险的动力现象，而造成事故，特别是开采1～1．6m的薄煤层更加危险。为解决这个问题，     

煤层厚度对倾斜煤层巷帮应力影响研究

根据理论分析得出煤层厚度的变化使倾斜煤层两帮应力高峰区煤岩结构不同。通过实验研究发现,煤岩组合试样中煤岩比例不同,煤岩组合试样的单轴抗压强度也相应不同,可以运用煤岩组合试验结果解释倾斜煤层两帮应力随煤厚变化的关系。数值模拟结果和现场微震监测结果均证明了煤层厚度对于倾斜煤层两帮应力具有影响。     

基于统一强度理论的煤层平动冲击失稳解答

以统一强度理论作为煤层塑性区的屈服判据,考虑中间主应力对煤层强度的提高作用,建立了平动冲击失稳之前煤层的应力统一解、扰动深度解析式以及塑性区宽度统一解,对其进行可比性分析、文献已有解答的对比验证,探讨了中间主应力效应、煤层埋深与厚度、煤层强度参数对平动冲击失稳的影响特性。研究结果表明:本文所得应力统一解和塑性区宽度统一解均是一系列有序解答的集合,并得到文献Mohr-Coulomb准则解答、Hoek-Brown准则解答以及Lippmann理论的验证,具有广泛的理论意义和良好的工程应用前景;当统一强度理论参数b从0增加到1时,煤层发生冲击失稳的破坏范围减小了25.3%,冲击倾向性即塑性区扩展率由0.63减小到0.47,这表明中间主应力对煤层平动冲击失稳的影响显著,应合理考虑中间主应力效应,以充分发挥煤层的承载潜力;支护力对煤层的塑性区宽度影响较大,当支护力从0增加到1 MPa时,塑性区宽度平均减小了21.3%,需切实构筑有效支护以减小煤层平动冲击失稳的破坏范围;深埋煤层的稳定性较差、冲击失稳时破坏范围较大,另外厚煤层相比于薄煤层的稳定性较高,但发生冲击失稳的破坏范围更大;黏聚力和内摩擦角作为煤层的重要强度参数,对煤层平动冲击失稳的影响十分显著,开挖设计时应充分考虑煤层强度参数的变化,特别是内摩擦角。     

我国煤炭开采中的冲击地压机理和防治

总结了我国煤矿冲击地压灾害发生的特点,分析了冲击地压、岩爆和矿震之间存在的联系和区别,建立了煤矿冲击地压的3种力学模型:材料失稳型冲击地压、滑移错动型冲击地压和结构失稳型冲击地压。提炼出煤炭开采中的冲击地压研究需要解决的4个方面的科学问题:地质赋存环境对冲击地压的作用机制及量化分析方法、深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动力响应特征、采动应力分布和能量场的时空演化规律与多因素耦合致灾机理、煤矿冲击地压的监测预警与防治方法,总结归纳了近年来我国在冲击地压机理与防治技术方面的研究成果以及存在问题,指出了今后我国煤矿提高冲击地压防治水平的努力方向。     

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。     

考虑围压影响的岩石弹脆塑力学模型

为模拟围压对岩石峰后强度、模量退化和剪胀的影响,将岩石的变形过程简化为线弹性变形、脆性跌落和理想塑性3个阶段,利用退化指数和扩容指数描述围压对岩石峰后强度、模量退化和剪胀的影响,建立了考虑围压影响的岩石弹脆塑力学模型。通过Hoek-Brown和Mohr-Column准则之间参数的转换关系,给出了模型峰后力学参数的确定方法。在FLAC软件下,利用Fish函数方法实现了建立的弹脆塑性力学模型。在数值算例中,利用本文模型分析了不同围压下岩石的峰后力学特性劣化和剪胀扩容特征,结果表明本文模型不仅能较好地模拟岩石峰前、峰后全程变形发展过程,而且能较好地考虑围压对岩石峰后力学特性的影响。     

我国煤炭开采中的冲击地压机理和防治

为解决上覆不规则煤柱孤岛工作面冲击地压防治问题,分析了国内该条件下导致冲击地压的研究现状;以唐山矿Y484工作面为研究对象,分析得出以上覆不规则煤柱、大埋深、本层煤柱和煤岩层结构为主的上覆不规则孤岛工作面冲击地压的主控因素;提出了通过制造弱结构调控冲击地压主控因素的防冲方法,描述了弱结构的特征及其通过调整应力分布防治冲击地压的原理;采用FLAC3D建立数值模型,分析了上覆不规则煤柱孤岛工作面的变形破坏过程及应力分布规律,使用弹塑性本构模型模拟弱结构,验证了弱结构对冲击地压的防控作用。通过现场工程实践,建立并实施了以弱结构为主的冲击地压防治技术,并通过应力法和钻屑法验证了弱结构对该条件下的冲击地压具有良好的防控效果。

     

深部开采逆断层对冲击地压的诱导机制

基于逆断层形成机制,理论分析了逆断层周围的地应力环境,并以义马F16逆冲断层为工程背景,建立了其圆弧形态断层面的简化力学模型,得到了临近断层带两盘一定范围的应力分布特征;通过相似模拟实验观测了断层活化-失稳阶段对工作面冲击的物理过程,研究了冲击前后断层滑移与煤层应力变化规律;应用三维精细化数值模拟技术并结合现场实践,分析了临近F16逆冲断层典型冲击地压案例,揭示其发生的受力特征。综上研究表明:当上覆坚硬岩层阻挡软弱煤岩体沿断层面向上逆冲滑动时,临近断层带的坚硬煤岩体会产生应力集中,并在断层两盘一定范围内出现应力升高;临近断层回采过程中煤体所受的超前支承压力、断层支承压力、两盘失稳滑落对煤体冲击以及断层突然失稳破坏所产生的高能应力波会随着工作面与断层距离不同而产生不同的作用效果,按其一种或几种的叠加作用效果将逆断层诱发的冲击地压分为构造应力模式、断层活化模式与断层失稳滑动模式。从逆断层带地应力环境、采动影响下临近断层煤体受力特征与采动影响下断层活化-失稳滑动对工作面动载冲击效应方面,系统地揭示了逆断层对冲击地压的诱导机制,为逆断层诱发的冲击地压预警与防治提供参考。     

开滦深部工作面冲击地压监测与防治技术应用

为了能够实现开滦矿区深部冲击地压的有效监测与防治,本文在掌握开滦矿区发生冲击地压主控因素的基础上,通过总结开滦矿区在冲击地压防治过程中所积累的一些经验并参考国内外先进的冲击地压防治技术,构建了具有信息互馈和持续优化机制的全矿井-采区-工作面-局部的多级冲击地压监测和防治系统;基于开滦的实际地质构造和实际开采情况,提出了适用于开滦矿区深部煤层的冲击地压防治技术,包括优化开采设计和开采保护层的区域性技术措施,以及基于缺陷法原理的局部卸压措施和以改善局部应力环境的支护措施。     

上覆煤柱影响区应力状态及冲击地压防治

上覆近距离煤柱会造成下层煤的应力集中及冲击危险。采用三维数值模拟,分析了不同宽度煤柱下底板应力分布与底板岩层破坏特征。研究表明:当煤柱宽度≤50 m时,煤柱底板应力呈"倒钟"形分布形态;当煤柱宽度50 m时,煤柱底板应力呈"倒铁塔"式分布形态。煤柱中心最大应力集中系数与煤柱宽度呈幂函数关系,且随着煤柱宽度的增加,煤柱集中应力在底板中的衰减速度逐渐降低。上覆煤柱中心下方3煤层面的最大应力集中系数与煤柱宽度呈负指数关系。煤柱底板破坏范围与煤柱宽度呈负相关关系,煤柱底板岩层的破坏以剪切破坏为主。根据上覆煤柱影响划分了六采区3煤工作面冲击危险区,并提出了相应的防治技术。