典型深厚表土煤层冲击地压模式研究

煤矿冲击地压发生过程可描述为外部力源驱动围岩结构失稳或系统平衡状态突变。冲击地压发生过程中,应力起着重要作用。根据主控性应力来源或类型可得到我国煤矿冲击地压的区域性特点。其中,深厚表土地层控制型冲击地压属于巨野矿区特有的冲击地压类型,其显现特征与地层结构具有密切的关联性。针对此类冲击地压,通过案例与现场监测数据分析,探讨了典型深厚表土煤层冲击地压特征,结合煤层应力演化分析,表征了深厚表土煤层瞬时冲击和延时冲击过程,最后通过相似材料模拟试验揭示了煤层应力演化与覆岩运动、地层变形之间的关系,并对典型深厚表土煤层冲击地压模式进行了验证。研究表明:覆岩整体失稳促使煤层应力快速达到冲击地压临界应力,发生大能量冲击地压,表土层持续变形和移动促使煤层应力缓慢达到冲击地压临界应力,再次发生冲击地压;离层发育高度与回采距离有关,但具有明显的"平台效应",煤层应力演化与离层发育有关,但相对于回采距离具有明显的滞后性;瞬时冲击地压加载机理为"覆岩结构运动→煤层应力演化→冲击地压",延时冲击地压加载机理为"地层变形→煤层应力增长→冲击地压";最后,提出了深厚表土煤层冲击地压监测对策。     

冲击地压应力流思想及其控制理论初探

采动应力在时间和空间上动态演化过程称为煤矿开采的应力流.为了研究煤矿应力流动特征,分析矿区开采过程中的煤岩结构特征,理论求解缓倾斜单一煤层相邻工作面开采后的应力流动方向和应力流发生的临界条件.基于义马矿区实际条件,建立7种地质因素和开采因素影响下的邻面开采数值模型,研究不同因素下的应力流主控条件,得到相邻工作面布置原则及最优参数.结果表明:多采场区域覆岩结构单元包括两近距离工作面范围内的采空区、中间煤柱和未垮落岩层;缓倾斜单一煤层开采时,先采工作面开采后应力流向中间煤柱,后采工作面开采后应力流向先采工作面或中间煤柱;义马矿区相邻工作面布置原则应满足:工作面优先布置在煤厚和巨厚砾岩厚度较小的区域,增大邻面煤柱宽度,减小工作面的倾向长度,增大邻面的垂直错距,增大先采面的先采长度,后采面朝着靠近先采面采空区方向回采.研究结果可为巨厚砾岩控制下的冲击地压发生机理和防治提供理论基础.     

矿井深部开采冲击地压发生的规律及影响因素

论文总结了开滦矿区唐山煤矿矿井冲击地压发生的一般规律，将冲击地压的影响因素按照力源因素进行了系统分析，指出构造应力和构造应力大是发生冲击地压的重要因素，在工作面开采过程中坚硬顶板断裂是发生冲击地压的主导因素。     

基于应力法的冲击地压预测系统的研发与应用

冲击地压发生前期,煤岩体深部弹性能量产生传递转移,同时产生间歇性的应力脉冲信号,针对应力脉冲信号的传递特性,利用新研制的冲击地压信号记录监测仪,实现了对应力脉冲信号的连续动态监测与自动分析,开发了冲击地压预测预报信息软件系统,有利于冲击地压的预测预报与防治。     

我国冲击地压理论、技术与标准体系研究

基于煤矿冲击地压灾害发生的特点,分别从冲击地压的机理、监测预警技术、基于应力控制的冲击地压解危技术、标准体系等方面阐述近年来冲击地压灾害防治的重要进展,在此基础上分析冲击地压机理与防治技术存在的问题,提出今后煤矿冲击地压灾害研究的科学问题,指出冲击地压防治技术的发展方向。     

煤矿深部开采冲击地压应力控制技术理论与实践

随着煤矿进入深部开采冲击地压显现愈发严重,我国现已成为受冲击地压灾害最为严重的国家。根据深部开采的特点划分冲击地压类型,制定高效合理的冲击地压防控方案,指导现场防冲工作成为亟待解决的问题。以深部开采煤岩体所处的应力状态为基础,提出了深部典型冲击地压和非典型冲击地压的划分方法,并对深部开采冲击地压的影响因素进行深入分析。基于理论分析、数值模拟、现场实测等方法,确定了深部开采较浅部开采具有明显差异,即:深部开采原岩应力水平更高,煤岩体所受三向应力差异更大;采动超前应力集中程度与超前应力影响范围均明显增大;煤岩体更易受到外部扰动发生失稳破坏。结合地质因素和开采因素综合分析,明确了深部典型冲击地压发生的必要条件是高原岩应力与强烈的采动应力,深部非典型冲击地压发生的必要条件是较高的原岩应力、强烈的采动应力与外部应力扰动。基于应力控制理论,建立了深部开采冲击地压防控技术体系。提出了"煤体大范围卸压、顶底板适当处理、强力支架支护"的深部典型冲击地压防控策略和"煤体局部卸压、顶板大范围处理、加强支护"的深部非典型冲击地压防控策略。针对2类矿井分别开展了现场工程实践,实现了冲击地压的高效防控,为深部冲击...     

钻屑检测法在防治煤矿冲击地压中的应用研究

采用煤矿冲击区域钻屑检测量与煤体应力变化的研究成果,根据钻屑法在检测冲击危险程度过程中存在的煤体水平应力与垂直应力不等原理,结合义煤公司跃进煤矿防冲工作面钻屑法应用情况,建立了钻屑检测量和煤体应力之间的定量关系,得出防冲工作面煤体应力变化规律,确立了防冲工作面超前应力集中分布区域和钻屑检测临界值,为矿井制定针对性的防治冲击地压措施、最大限度地降低因冲击地压造成的危害提供技术支撑。     

兖州矿区冲击地压类型及防治方法

针对兖州矿区冲击地压发生的特点,提出了按煤岩体应力来源及加载方式分类的方法,将发生的冲击地压划分为煤柱应力集中型、顶底板应力集中型、震动应力释放型.在总结兖州矿区所应用的冲击地压防治方法的基础上分别阐述了以上3种类型冲击地压适用的防治方法,对指导冲击地压防治实践有一定的指导意义.     

冲击地压应力监测预报系统的研制与应用

为了较好地预测冲击地压,实现冲击地压发展、发生过程的动态监测,针对冲击地压发展、发生过程中应力脉冲信号幅值的变化情况,研制了冲击地压信号监测记录分机,并开发了相应的预测预报软件.监测记录分机配4组传感装置,可同时记录来自4个不同方位的应力信号,利用红外通讯适配器将记录的应力信号传输给软件分析系统来预测冲击地压.工程实践表明,预测预报系统能较好地对冲击地压的发展、发生过程进行跟踪和预测,具有较高的工程应用价值.     

冲击地压应力监测预报系统的研制与应用

为了较好地预测冲击地压,实现冲击地压发展、发生过程的动态监测,针对冲击地压发展、发生过程中应力脉冲信号幅值的变化情况,研制了冲击地压信号监测记录分机,并开发了相应的预测预报软件.监测记录分机配4组传感装置,可同时记录来自4个不同方位的应力信号,利用红外通讯适配器将记录的应力信号传输给软件分析系统来预测冲击地压.工程实践表明,预测预报系统能较好地对冲击地压的发展、发生过程进行跟踪和预测,具有较高的工程应用价值.     

近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值模拟分析

针对西北地区某矿近距离煤层开采分组集中大巷稳定性问题,建立了近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值计算模型,分析了近距离煤层开采后顶板位移、顶板应力、围岩应力演化规律、锚杆（索）预应力场以及裂隙场演化规律。结果表明：（1）近距离煤层开采之后,大巷煤柱两侧的顶板发生断裂垮落,距离大巷煤柱越远,顶板下沉量越大;(2)随着近距离煤层开采,大巷之间保护煤柱的集中应力逐渐消失,工作面两侧大巷保护煤柱中出现10 MPa的应力集中现象,应力降低区范围大大增加,应力转移到左右工作面大巷保护煤柱中;（3）随着煤层开采,大巷围岩在地应力场与锚杆（索）预应力场的叠加场影响最小主应力的压应力逐渐增加,并在巷道周围形成了一个闭合连续的压应力带,其范围不断增大,最小主应力值逐渐减小,且下层煤的开采使上层煤的大巷锚杆（索）所受的力增加;（5）下层煤的开采使得上层煤两侧工作面大巷保护煤柱的剪切破坏带深度增加,最大破坏深度增加14 m,下层煤的大巷只在两帮出现深度为2 m的剪切破坏区,而两侧工作面的大巷保护煤柱出现10 m的剪切破坏。     

变形局部化对引发冲击矿压的分析

针对某矿高冲击危险工作面,采用三维数值模拟方法,详细分析了近距离煤层开采条件下,上煤层残留煤柱对下煤层工作面开采冲击危险性的影响,揭示了在上部煤柱作用下,开采过程中垂直应力和剪应力的发展变化规律.研究结果表明,由于受煤柱影响,工作面前方产生了10倍于原岩应力以上的集中应力,随着工作面的推进,其前方产生了错动变化的剪切应力峰值,在高支承压力和变化的剪切应力作用下,脆性岩体容易发生剪切破坏,造成变形局部化,引起煤岩体弹性能的突然释放,形成冲击矿压.     

不规则煤柱作用下工作面开采的三维数值模拟

通过对三河尖煤矿9202工作面实际开采情况的模拟,分析了近距离煤层或煤层群开采时,上部煤层开采后遗留的煤柱对下部煤层开采的影响.模拟显示下部煤层工作面推进到煤柱下方时形成的应力集中远大于工作面超前支承压力和煤柱引起的支承压力的简单叠加,形成的高应力区极易引发诸如冲击矿压的矿井灾害;指出在近距离煤层或煤层群开采时,要合理布置工作面的位置,根据上部煤层开采的时空关系来合理布置下部煤层工作面的回采巷道,并尽量避免在煤柱正下方采煤.     

基于相似材料模拟特厚倾斜煤层煤柱应力演化规律研究

为研究特厚倾斜煤层开采时煤柱应力变化状态,结合抚顺矿区老虎台矿特厚煤层开采现状,针对83003综放面和73005综放面构建力学模型。采用相似材料模拟实验对煤柱应力进行监测,得到了应力演化规律,根据实验结果对现场布置合理的防治冲击地压措施。研究结果表明:煤层赋存越深,煤柱受采动影响的应力值越大,应力集中系数呈增长趋势,变化范围为1.09~3.12;73005综放面和83003综放面之间的煤柱应力明显高于模型边界煤柱应力;工作面之间的煤柱受开采影响次数越多,煤柱应力值越大;工作面推进时,上覆岩层的垮落使岩层中的应力充分释放,随着采空区逐渐压实,应力值有所回升。通过相似材料模拟研究,对工作面的开采进行指导,运用煤层注水、卸压钻孔和加强支护等措施对冲击地压进行防治,达到了理想的效果。     

峻德煤矿倾斜煤层开采沿空侧巷道诱冲机理研究

针对峻德煤矿倾斜煤层开采期间沿空侧巷道冲击地压频发的问题,采用现场调研、微震监测、物理相似模拟和数值模拟相结合的方法开展了研究,结果表明:倾斜煤层工作面开采期间靠近沿空侧巷道的覆岩关键层更容易破断产生剧烈动载扰动;随着煤层倾角减小,沿空侧巷道煤柱帮应力集中程度减小,实体煤帮应力集中程度增大,应力集中由煤柱帮内向实体煤帮内转移;在动静载叠加作用下导致巷道两帮煤体失稳破坏诱发冲击地压,且不同倾角煤层冲击启动区域不同。研究结果对倾斜煤层工作面后续回采阶段卸压防冲工作具有一定的指导作用。     

采动应力叠加影响下区段煤柱合理宽度研究

针对崔家寨矿5#煤层具体开采条件,根据三维应力状态下煤(岩)体的极限平衡理论,推导煤柱两侧不同采动影响极限平衡区宽度计算公式,得出合理煤柱宽度理论值。继而采用FLAC3D模拟软件分析不同宽度煤柱受力状况及其倾斜方向上的应力场特征。数值模拟与理论计算结果综合对比,确定了适合崔家寨矿5#煤层条件的合理煤柱尺寸为6～7 m。研究结果为复杂应力条件下煤柱宽度的合理留设、巷道围岩稳定性控制等提供了参考。     

基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱留设方法

针对平顶山一矿31010工作面回采期间顶板丁戊三乘人巷严重变形的问题,通过现场实测和数值模拟研究了巷道变形的原因及保护煤柱留设的问题。结果表明：工作面回采后,上覆顶板岩层中的应力发生改变,将应力值等于1.05倍原岩应力的点构成的曲线定义为采动应力边界线。采动应力边界线由开采煤层向上覆岩层呈外扩式发展,采动应力边界线距开采边界的水平距离随着距开采煤层高度的增大而逐渐增大,但增大趋势逐渐减小。采动应力边界线内侧岩层应力出现增压区和减压区,而外侧岩层仍处于原岩应力状态,采动应力边界线是划定工作面上覆岩层是否受工作面回采影响的边界线。目前顶板巷道保护煤柱宽度是按岩层移动角进行设计的,没有体现内部岩层移动变形及应力特征,导致顶板巷道保护煤柱宽度不合理而出现破坏,为此提出了基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱宽度设计方法。按照此方法设计的平顶山一矿31010工作面顶板乘人巷保护煤柱宽度应为158 m。     

煤柱下开切巷应力分布分析及治理研究

为了消除宽沟煤矿B4煤层回采后遗留煤柱对下部煤层的影响,通过理论计算及数值模拟分析相结合的研究方法,对上煤层W1145工作面回采后所遗留的煤柱应力在底板传递的规律和下部煤层W1123工作面回采过程工作面应力分布状况进行研究,研究结果表明：B4煤层回采后煤柱应力变形集中区为13.12m|在煤柱铅直应力作用下,下部煤层距离煤柱60m处时,煤岩体内应力明显升高,距离剩20m左右位置时达到峰值|进入采空区后,煤岩体应力快速的降低,在远离煤柱35m后恢复至开采前的应力水平,影响走向范围可达140m。研究采用超前预裂爆破、两回采巷道侧向切顶方式综合处理顶板,以实现消除煤柱应力影响。     

近距离煤层大倾角工作面采空区下安全开采技术研究

 以近距离煤层大倾角工作面采空区下开采为研究背景,针对煤壁片帮、顶板冒落及支架、运输机下滑的机理进行了分析。文章认为,上覆煤层采空区遗留煤柱造成应力集中,采场二次采动破坏加剧了工作面煤岩体的变形,其整体强度降低,煤层倾角及底板破坏深度对支架及运输机下滑的影响比较大,文章提出了针对性的安全开采控制技术,实现了工作面的安全开采,对类似条件下工作面安全开采提供了有益的指导作用。     

近距离煤层群窄煤柱下应力分布及巷道布置北大核心

针对近距离煤层群窄煤柱下的应力分布及巷道布置问题,采用理论分析、数值模拟及现场实测等方法对窄煤柱下部煤岩层的应力分布特征进行分析。研究表明:受相邻工作面顺序回采的影响,煤柱上覆岩层向后回采工作面侧回转,导致支承应力峰值向后回采工作面一侧偏移,煤柱支承应力呈不对称分布;受支承应力影响,煤柱下部煤岩层应力分布表现出与支承应力对应的不对称性,不对称程度随煤柱宽度的减小而升高。结合实际工程案例,根据下部煤层底板垂直应力及主应力差分布,同时考虑到应力不对称分布的影响,最终确定了下部煤层回采巷道位置。