井上下煤层顶板区域压裂防治冲击地压系统及应用

针对冲击地压局部卸压范围小,连续性低,作业风险高等问题,开展煤层厚硬顶板井上下千米顺层钻孔区域压裂防冲系统与工程应用研究。结果表明,从加载条件来分,顶板主导型冲击地压可分为动静载荷叠加型、高静载荷加载型、高静载荷卸荷型3种类型;厚硬顶板是采掘围岩冲击地压启动区域性静载荷、动载荷供给主体,以提供冲击启动动静载荷源的厚硬顶板为靶点,提出建立煤层顶板地面、井下千米水平孔分段致裂卸压系统,开展顶板千米顺层钻孔区域压裂。通过井上下提前破坏冲击危险区域上覆顶板的完整性,使得载荷向更完整顶板区域迁移,从而为井下掘进、回采提供低应力作业大环境,也使得冲击地压丧失启动的重要载荷条件。分别进行了工作面开采前地面水平井顶板区域压裂防冲技术试验,工作面开采过程中井下巷道水平孔顶板区域压裂防冲技术试验,实践效果显著,形成了冲击地压建设矿井“先压后建”,生产矿井“先压后掘、先压后采”新的灾害防治模式。     

孟村煤矿坚硬顶板工作面冲击地压防治技术应用

为获取强冲击危险工作面的防冲关键数据,针对孟村煤矿401101首采工作面具有的坚硬顶板、大断层、大向斜等地质构造特点,在回采期间对工作面回风巷开展水力压裂弱化坚硬顶板技术试验,同时布设微震监测系统对试验期间的冲击地压能量事件进行监测,以考察压裂的实际效果。试验结果表明,工作面推采至压裂区域后,日均总能量及频次都降低了17%;回顺范围内的每日微震事件总能量和频次普遍比运顺低,尤其在受F1断层影响的区域更为明显;进入压裂区后,回顺侧大能量事件随即有所降低,运顺侧较为滞后,且发生在工作面前方的微震事件占比逐渐增大,微震事件逐渐由工作面后方向工作面前方转移,同时,微震事件位置在工作面前方范围内基本呈均匀分布。     

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。     

深井强冲击煤层解放层开采防治冲击地压研究

某矿4煤采掘时多次发生冲击地压针对该矿实际地质条件,采用数值模拟方法分析上、下解放层开采对4煤被解放层的解放效果及1410工作面上平巷发生冲击地压原因。研究6煤和1煤解放层不同开采时期的应力分布特征,确定4煤被解放层上下部临界卸压角和临界卸压点位置及被解放层回采工作面超前临界卸压范围,为后续4煤工作面开拓开采巷道布置参数优化提供依据。     

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。     

坚硬顶板孤岛工作面冲击地压的安全防治

针对孤岛工作面具有近60m的中砂岩坚硬顶板,采取预掘中间巷超前卸压、矿压动态监测、钻屑法预测、煤层超前注水、增加墩柱等安全措施,安全采出近12万t煤炭资源.     

特厚煤层综放工作面冲击地压防治实践

以彬长矿区孟村煤矿为背景,针对煤层上覆坚硬难垮顶板瞬间破断诱发冲击灾害的风险,创新应用井上下立体联合卸压技术。通过地面L型水平井分段压裂对高位关键层坚硬顶板实施压裂改性,以及井下顶板定向长钻孔水力压裂及深孔预裂爆破对中、低位关键层坚硬顶板进行等距破断弱化,破坏岩层的整体性并降低破断强度。结合煤层大孔径钻孔卸压,阻断静载荷积聚及动载荷传递通道,从源头上消除(减小)冲击危险,开辟了冲击地压科学防控的新途径。实践表明,实施立体联合卸压方法消除了工作面上覆坚硬顶板岩层难跨悬顶积聚载荷,微震频次显著下降且杜绝了1×10⁴J以上微震事件,为具有坚硬顶板破断诱发冲击地压风险的类似矿井提供了参考。     

基于分区弱化的复合坚硬顶板冲击地压分段压裂区域防治研究

针对复合坚硬顶板联动效应引发的冲击地压灾害,基于复合坚硬顶板的赋存特征,结合弹性力学理论,分析了高-低位坚硬顶板矿压显现特征,建立复合坚硬顶板破断形态和断块铰接形态判识的力学模型,分析了复合坚硬顶板岩层破断形态,研究了复合坚硬顶板协同破断机制,揭示了协同破断易释放巨大的冲击动能,形成冲击灾害的原理。依托坚硬顶板分区降能的弱化防治理念,提出了煤矿井下定向长钻孔裸眼分段水力压裂“高-低”位协同超前区域防治冲击地压灾害技术模式,并设计了错步式分段压裂段工程布置。工程试验得出：复合坚硬顶板高、低位定向钻裸眼分段压裂协同弱化后,顶板微震事件频次、总能量、顶板来压步距及来压范围分别降低42.17%、31.07%、 33.69%、57.14%,合理有效防治了复合坚硬顶板冲击地压灾害。通过顶板分段水力压裂实施,顶板岩体被压裂成若干小块时,大幅降低了蓄积能量,并伴随压裂成缝过程的能量损耗,实现了复合坚硬顶板的分区分段可控破断距的垮落,实现顶板应力的转移、消散及动力灾害有效控制,为同类地质条件下冲击地压灾害区域弱化治理提供技术借鉴。     

坚硬顶板预裂在冲击地压预防中的应用

近年来,坚硬顶板条件下的冲击地压事故越来越多。由于坚硬厚层顶板容易形成悬顶、聚积大量弹性能,且在坚硬顶板破断或滑移过程中,大量的弹性能突然释放可形成强烈震动,从而诱发冲击地压灾害,因此对坚硬顶板进行预裂,减小坚硬顶板断裂时释放的弹性能,可以有效降低冲击地压危险性。     

胡家河地面水平井压裂防治冲击地压管理实践

胡家河矿为解决回采工作面高位坚硬顶板难以及时垮落的问题，引进地面“L”型水平井分段压裂技术，采取井上和井下联合监测压裂施工的方法，对压裂效果进行分析。胡家河矿在施工开展期间为规范压裂技术实施、合理分配人员和及时解决现场问题，构建了以“地面水平井分段压裂”为中心，“五+”协作统筹推进工作，做到六项反馈与确认，七大环节优化，最终形成了“156677”地面水力压裂管理体系。为推动同类矿井冲击地压防治技术研究工作提供新思路。     

顶板水力压裂防治冲击地压效果评价研究

水力压裂在顶板型冲击地压防治中应用广泛。为了研究顶板水力压裂在红庆河煤矿402工作面应用效果,基于微震监测数据使用峰度和偏度指标对工作面在实体煤、单侧采空、水力压裂3种开采时期煤岩体破裂的分布形态进行了定量化研究;同时使用微震能量及b值评价了3个开采时期冲击危险性的变化。研究结果表明：水力压裂开采阶段和单侧采空开采阶段的偏度分别达到-0.677和-0.317,水力压裂开采阶段的负偏态性高于单侧采空时期,煤岩体破裂区域前移;水力压裂开采阶段的峰度为0.302,低于单侧采空时期的0.846,煤岩体破裂集中程度显著降低,水力压裂改变了煤岩体破裂的分布形态。与单侧采空开采阶段相比在更高的开采强度下,水力压裂开采时期的微震事件总频次显著增加、微震总能量和每米释放能量明显降低,煤岩体内积聚的总能量呈现降低态势,煤岩体内的弹性能以小能量的形式进行释放;水力压裂开采阶段的b值明显高于单侧采空开采阶段,水力压裂的施工降低该开采区域的冲击危险性。     

人工解放层在冲击地压防治中的应用实践探索

为解决煤层上方坚硬岩层问题,根据煤层上覆岩层赋存情况,确定影响冲击地压的主关键层位高度,确定高位钻场施工层位,由高位钻场施工散射状爆破钻孔至冲击地压主关键层后进行顶板爆破,破坏冲击地压关键层位的完整性,降低关键层位大面积悬顶造成的静载以及其达到极限跨距后断裂、滑移造成的动载。主关键层位爆破形成的破碎带,形成缓冲吸能带,对更高位岩层破断、滑移时产生的能量进行缓冲耗散,从而在根源上消除诱发冲击地压的能量源。     

煤层定向水力压裂防治冲击地压的试验研究

利用定向水力压裂方法对煤层卸压,从而防治矿井冲击地压。同时采用KBD5电磁辐射监测仪对试验结果进行了监测。结果表明:实施定向水力压裂后,压裂孔周围10~20 m内电磁辐射值较压裂前明显下降,出现了一个应力降低区,地应力较压裂前有所减小;压裂孔径向大于15 m外范围出现一个应力升高区,说明压裂孔周围煤体应力向外发生了移动。在煤体降低压区内,钻孔施工顺利,孔深100 m以上都无异常,而在两侧的应力升高区,当钻孔打到24~30 m处出现严重喷孔现象。     

陶庄煤矿冲击地压发生机理分析

针对陶庄煤矿2603工作面有巨大冲击危险性,分析了影响工作面冲击危险性的因素,采用FLAC3D数值模拟方法研究了顶板岩层破断规律及支承压力分布规律,分析了陶庄矿直接顶厚度的变化对冲击危险性的影响,并建立直接顶厚度与冲击危险性函数关系式。结果表明:煤层上覆坚硬基本顶是造成工作面冲击地压的主要因素。     

燕子山矿坚硬顶板冲击地压机理分析

采用理论分析研究了燕子山矿综采面坚硬顶板冲击地压机理,运用弹性力学薄板理论,建立顶板冲击破断机理力学分析模型,推导出了顶板初次垮落前的最大弹性弯曲应变能表达式,得到工作面坚硬顶板垮落前的最大弹性弯曲应变能与顶板上覆岩体容重、开采深度、采空区悬顶面积、坚硬顶板的厚度、顶板岩层的弹性模量和泊松比等因素有关;运用MATLAB数值分析软件结合燕子山矿8403工作面顶板实际参数,绘制出顶板应力三维立体应力云图,分析得到顶板的破断特征,与顶板的"X-O"破坏理论相符。     

综放工作面坚硬顶板弱化爆破防治冲击地压技术

为了防止综放工作面尾巷冲击地压的发生,基于忻州窑煤矿11号煤层综放工作面的赋存和开采技术条件,经研究确定对尾巷煤柱坚硬顶板实施弱化爆破卸压技术,并利用数值模拟分析得出了合理的爆破参数.结果表明:炮孔水平投影距离达到2/3煤柱宽度时,炮孔可至应力集中区域,爆破卸压效果较好;炮眼间距为6m时爆破裂隙能贯通,爆破效果优于间距8m;通过顶板弱化爆破技术使煤柱内的应力降低了60％,有效防止了8935综放工作面尾巷冲击地压的发生.     

浅埋深煤层坚硬顶板型冲击地压防治技术

分析了浅埋深煤层坚硬顶板条件下尾巷冲击地压的成因,提出采用顶板弱化爆破技术进行冲击地压解危的防治思路,设计了断顶爆破方案,并用电磁辐射手段对解危效果进行了检验。通过优化断顶爆破中的炮孔深度、间距和装药量能够达到较好的解危效果;爆破试验段的监测对比显示,煤体电磁辐射强度明显减弱,减幅约为68.2%,爆破后卸压效果明显。     

深部开采冲击地压发生机理及防治技术

通过理论分析和数值模拟研究了某矿23采区冲击地压发生的机理,认为采掘部署集中、大范围坚硬顶板长期处于不稳定状态、采动应力不能得到一定程度松弛,致使顶板坚硬岩层突然断裂产生"采动应力谐振叠加效应",造成一次释放能量成倍增加是引发较大规模冲击地压的主要原因。提出了基于"弱内强表"原则的治理措施。实践证明,该项技术对冲击地压的防治效果明显,具有重要的借鉴和参考价值。