切顶卸压开采巷道矿压分布特征研究

采用现场监测方法对某煤矿切顶卸压沿空留巷巷道矿压显现特征进行了系统研究.随着工作面推进,受顶板覆岩周期断裂冒落的影响,在滞后工作面0～40 m变化显著,锚索在工作面超前位置发挥良好的吸能作用;卸压区内顶板离层发展较均匀,能够快速断裂冒落充填采空区,未卸压区顶板离层主要以深部断裂冒落为主,离层影响范围更大;工作面滞后40...     

孤岛工作面掘进期间冲击危险性分析及防治

禾草沟煤矿50113工作面为501盘区东翼两侧跳采所形成的孤岛工作面,煤岩体应力集中程度较高,上覆100 m范围内顶板岩层存在多层厚度较大的砂岩顶板,其破断运动有可能诱发冲击地压。根据50113工作面两侧采空区地面坍塌情况,该工作面顶板有可能形成短臂“T”覆岩结构,工作面开采时矿压显现较为剧烈,冲击危险性较大。通过综合指数评价、多因素耦合评价确定了孤岛工作面开采冲击危险程度,提出了区域与局部相结合的冲击危险监测方法,同时结合矿井实际,提出利用顶板定向水力致裂对上覆坚硬顶板进行弱化的方法。针对预卸压后的应力异常区,采取大直径钻孔、煤体爆破进行补强卸压,确保了孤岛工作面安全开采。     

孤岛充填工作面初采致冲力学机理探讨

孤岛充填工作面由于要控制采空区顶板下沉而导致工作面煤体支承压力分布变得复杂,造成冲击危险性评估方法不同于常规工作面,为了提供充填回收孤岛煤柱采场围岩稳定性分析的理论依据,以山东某矿孤岛充填工作面为背景,通过对孤岛煤柱覆岩结构及演化特征进行研究,建立了孤岛充填开采条件下“充填体-煤柱-顶板”力学模型,得到了充填工作面超前支承压力估算方法,提出了孤岛充填工作面煤体冲击失稳的判据。研究结果表明:① 采空区充填效果决定了上覆岩层下沉运动的空间以及与两侧采空区覆岩发生水平联动的范围,是影响孤岛煤柱覆岩结构演化特征的关键因素;② 受回采巷道切割及大直径钻孔卸压工程的影响,工作面煤体承载能力呈现明显的区域差异性,弹性承载区煤体是上覆岩层传递载荷的主要承载体,工作面开采边界条件和回采巷道布置方式是影响工作面煤体静态稳定性的主要控制因素;③ 充填材料受到采空区顶板下沉运动中压应力作用下发生压缩变形,当顶板和充填材料达到力学平衡时顶板下沉运动终止,充填材料固结体压缩变形量和弹性模量是影响工作面煤体动态稳定性的主要控制因素;④ 决定孤岛充填工作面冲击危险性的关键因素是工作面弹性承载区煤体静态支承压力和采空区顶板下沉量。针对这类冲击地压的致灾机理,通过煤层注水、高压水压裂及优化工作面布置以降低工作面弹性承载区煤体静态支承压力和提高采空区充填率、优化充填材料固结体压缩性能以减小采空区顶板下沉量等措施,可有效降低孤岛充填工作面的冲击危险性。该研究成果可为类似开采条件下冲击地压的防治提供参考。     

沿空留巷综放面采空区裂隙分布规律数值分析

结合新安煤矿14211沿空留巷综放工作面实际,通过实验室对岩石物理力学参数进行了测定,利用UDEC离散元数值模拟软件,对新安煤矿采空区覆岩移动及裂隙分布规律进行模拟研究。得出了采空区覆岩下沉量随着工作面不同推进距离的分布规律。模拟结果表明:采空区中部区域上覆岩层下沉量最大;确定了冒落带高度为12 m,自然堆积区、载荷影响区和压实稳定区分别为15 m、60 m、125 m。     

综放采场支承压力与覆岩裂隙演化关系研究

为了研究近水平厚煤层采动影响下支承压力分布与裂隙场演化的关系,采用相似模拟实验对五阳煤矿工作面回采过程中煤岩体内支承压力变化及覆岩裂隙演化进行了模拟。研究结果表明,工作面回采后,上覆煤岩体内产生冒落带、裂隙带和弯曲下沉带,冒落带高度22 m,裂隙带高度46 m;工作面回采过程中,支承压力呈动态变化,工作面前方支承压力可分为原岩应力区、应力降低区、应力波动区、应力集中区和应力升高区。采空区支承压力变化受关键层影响,关键层破断之前裂隙较为发育,采空区中部在关键层破断后被压实,裂隙密度减小,但切眼和工作面附近裂隙密度依然很大。     

孤岛工作面矿压显现规律数值模拟研究

以常村煤矿s6-5孤岛工作面为工程背景,采用Flac~(3D)数值模拟软件研究了常村矿s6-5孤岛工作面采场的应力分布特征。研究表明:s6-5工作面采空区内顶板经过垮落压实后应力由卸压状态逐渐回升,工作面前方煤体上下端头处应力集中明显,三角煤体破碎严重,中部煤体破碎程度相对较低。采空区顶板及上覆岩层出现明显卸压,工作面上下区段护巷煤柱上出现明显应力叠加集中,在开切眼至工作面推进煤壁的范围内护巷煤柱应力峰值较大且载荷集中。     

浅埋近距离煤层工作面过上覆房柱采空区微震监测

采用微震监测技术,对浅埋近距离煤层群综采工作面过上覆房柱采空区过程中,房柱采空区煤柱卸压预爆影响范围、微震事件能量区域分布特征、工作面超前支撑压力影响范围进行了监测。     

坚硬顶板大采高工作面切顶卸压无煤柱自成巷矿压显现特征分析

为掌握厚层坚硬顶板大采高工作面切顶卸压无煤柱自成巷矿压显现特征，以吉宁煤矿2109工作面为工程背景，通过对留巷过程中工作面支架压力、巷道围岩变形量、恒阻大变形锚索受力、顶板离层变化分析，表明切顶爆破能够切断采空区顶板对巷道顶板的应力传递，使留巷侧顶板处于明显的卸压状态，并给出工作面自成巷受采动影响范围和影响程度，为设计提供依据，供相似条件参考。     

复合煤层群双重卸压应力时空演化规律研究

为探索复合煤层群保护层开采过程中,在双重卸压条件下首采保护层和次采保护层过程中卸压特征的不同,采用相似材料实验、计算机数值模拟研究双重卸压覆岩裂隙发育、变形特征和应力分布时空演化规律,通过对比分析表明:在二次保护层开采条件下,覆岩部分裂隙经历了二次扩张,压实,吻合,部分裂隙在空间上往深部发育,裂隙带高度范围增加。应力在首采保护层应力状态的影响下进行再分布,随开采过程形成了5个应力分布区域,分别为工作面超前应力集中区、卸压区、压实区、采空区后方应力集中区、原岩应力区。双重卸压下采空区两端卸压效果更为显著,超前应力集中系数较首采保护层要高,采空区压实速度较首采保护层快,同时被保护层卸压程度和范围均显著增加。     

不同开采矿层数目深部磷矿体地下开采矿压活动规律的FLAC~(3D)数值模拟研究

以云南磷化集团有限公司晋宁磷矿2号坑口北采区深部矿体为研究对象,通过FLAC3D数值模拟分析,对其深部矿体地下开采过程中,不同开采矿层数目条件下磷矿地下开采过程中采场顶板、围岩的稳定性及矿压活动规律进行系统研究。研究结果表明,1)沿矿体倾斜方向,采场覆岩矿山压力可划分为采空区前方原岩应力区、采空区前方支承压力增压区、采空区上方及附近区域的卸压区、采空区后方应力降压区、采空区后方应力稳定区、采空区后方支承压力增压区、采空区后方原岩应力区等七个区域,伴随着采场的开挖推进,上述七个区域发生复杂动态变化直至平衡;2)与单层矿开采相比,双层矿开采完毕后,采场覆岩矿压显现特征更为明显,但矿压活动整体上趋于缓和。相关结果可为云南磷化集团有限公司所属矿山及类似条件的磷矿山地下开采工程提供一定的参考依据。     

双系煤层开采覆岩应力场分布规律研究

基于同忻煤矿工程地质条件,对侏罗系遗留多采空区及区段煤柱条件下,石炭系煤层覆岩顶板应力场分布规律进行研究。结果表明:侏罗系多采空区冒落矸石可简化为"粘弹性结构"受力;石炭系综放工作面超前支承压力峰值为10.34MPa;遗留煤柱对应力具有承接转载作用,8101工作面过煤柱时呈强矿压显现现象。     

考虑采空区矸石非均匀充填影响的倾斜煤层沿空留巷稳定性分析

倾斜煤层开采后，由于采空区顶板冒落矸石在重力作用下向下运动堆积充填采空区，使得倾斜煤层沿空留巷矿压显现规律与水平煤层不尽相同。为研究倾斜煤层采空区矸石非均匀充填对沿空留巷围岩稳定性的影响，以四川龙门峡南煤矿3131运输巷为工程背景，对采空区垮落矸石充填分区长度进行量化，并采用双屈服模型反演得到采空区矸石分区压实特性参数；并以此为基础建立数值计算模型，重点研究了倾斜煤层沿空留巷全服务周期内围岩应力场环境和塑性区分布形态的演化特征，以及承载状态下巷旁充填体的应力状态和支护性能。研究结果表明：3131工作面采空区的充填压实区、完全充填区以及部分充填区的倾向长度分别为57.20、72.18、10.62 m；对于考虑采空区分区压实特性的倾斜煤层沿空留巷而言，其工作面前方支承压力和采空区残余支承压力沿煤层倾向随深度增加而增大；相比于一次采动，二次采动时工作面前方支承压力峰值和影响范围明显增大，侧向支承压力集中程度也明显提高；留巷阶段采空区垮落带矸石对巷道顶板岩层具有一定的支撑作用，侧向支承压力有明显的应力集中；受重复采动影响，两帮塑性区破坏范围发生顺层扩展现象，且巷道顶板与采空区顶板的塑性区相贯通...     

布尔台矿水力压裂对矿压显现影响分析

针对布尔台煤矿42106综放工作面回采期间发生多次动力灾害显现,为了分析水力压裂对强矿压显现的影响,采用了现场实测及理论分析方法,依据水力压裂卸压机理及矿压岩层控制理论,对该工作面回风巷上覆岩层实施水力压裂卸压。结合现场监测矿压显现变化情况对卸压机理及效果进行深入分析,其结果揭示了在强动压影响下的巷道顶板岩层中采取水力压裂可有效减弱顶板岩层中赋存的高应力,释放顶板储存的弹性能;弱化基本顶,避免采空区后方悬顶,降低超前支撑压力的影响;减小相邻采空区侧对工作面回采巷道的影响,有效缓解巷道围岩变形。     

重叠煤柱作用下综放采场围岩应力演化规律研究

针对大同矿区石炭系特厚煤层工作面过上覆侏罗系煤柱时的强矿压显现现象,采用数值模拟和现场实测的方法,对上部重叠煤柱与采动耦合作用下的围岩应力演化规律进行研究。采用UDEC数值计算软件,对重叠煤柱作用下工作面的回采过程进行模拟,结果表明:工作面回采至侏罗系煤柱对应区域时,工作面超前支承压力峰值为32~37 MPa,较非煤柱区域提高了25%~33%;工作面的侧向支承压力与上部侏罗系井田边界煤柱应力相互叠加,工作面的侧向支承压力影响范围约为120 m,5105巷道围岩应力达到了27~32 MPa;邻空巷发生冲击性来压是邻近工作面侧向支承压力,本工作面超前支承压力和重叠煤柱应力传递的耦合作用的结果。利用顶板动态监测系统实时监测支架工作阻力,分析得到:工作面推进至侏罗系采空区对应区域,来压期间的支架工作阻力变大,支架增阻更为频繁,矿压显现强烈。     

坚硬顶板工作面“见方”区冲击危险震动波反演与防治

为加强千米埋深坚硬顶板工作面“见方”阶段冲击危险监测预警的准确性，利用KJ470双震源震动波监测系统，分阶段反演工作面回采期间震动波波速分布情况，从而确定高应力分布规律。双震源CT探测与反演结果表明：（1）高应力区与地质条件变化区、工作面超前支承压力以及相邻采空区支承压力影响区具有高度一致性；（2）坚硬顶板工作面距离“见方”位置50 m时，开始受“见方”影响；（3）回采进入“见方”影响区域后，大能量震动事件超前工作面发生，并与反演的高应力区吻合。基于震动波CT反演预测结果，对划定的高应力集中区域设计卸压解危措施，提高了卸压解危的精准度，微震监测结果表明，采取卸压措施后有效降低了工作面冲击危险，验证了防治措施的有效性。研究结果可为相似工作面冲击危险监测及防治提供参考。     

深部巨厚顶板6 m大采高综采工作面矿压显现规律实测研究

新街矿区深部厚煤层顶板存在巨厚岩层,造成大采高综采工作面矿压显现强烈,采场顶板安全隐患大。为全面掌握巨厚顶板条件下6 m大采高综采工作面矿压显现规律,采取现场安装支架压力记录仪、钻孔应力计、锚杆锚索测力计、顶板离层仪的方法,对工作面来压、采动应力、支护体受力、巷道围岩变形等参量进行了现场实测。研究结果表明:工作面推进速度与周期来压步距呈正相关关系;超前支承压力影响范围大,应力峰值达20 m;区段煤柱存在11 m弹性核区;锚杆锚索受力及顶板离层在采空区后方600 m达到稳定状态。通过深部6 m大采高综采工作面矿压显现规律实测分析,建立了深部大采高采场覆岩活动立体模型。     

孤岛工作面多因素诱发冲击地压成因分析

以金桥煤矿1310工作面孤岛煤柱开采为工程研究对象,逐项分析冲刷带、夹矸带、上覆遗留煤柱诱发冲击的可能性,针对1310工作面进风巷压力显现明显实际,对各因素进行耦合性分析,确定造成进风巷压力显现的主要因素为上覆遗留煤柱宽度及邻近采空区稳沉时间,并对工作面预卸压效果进行了分析,确定卸压钻孔形成的弱化带可有效防止应力集中。为从源头杜绝类似工作面压力显现,防止发生冲击地压事故,提出了超前处理顶板诱发冲击关键层的思路。     

综放工作面煤壁片帮机理分析与治理

1煤壁片帮机理分析 如图1所示,老顶在工作面前方以煤壁为支点向采空区方向悬空,并逐渐冒落在采空区已垮落的直接顶矸石上,随着远离工作面而逐渐压实,在采空区深处形成一个后方支承压力区(距工作面40～60m,K值一般为1.0～1.3),在近工作面的采空区上方形成了压力拱,工作面及部分采空区处于应力降低区,俗称"免压带".工作面前方支承压力区的范围一般为30～40m,应力集中系数K值一般为3～5.煤壁前方的减压区,俗称压酥带,范围约0.5～3.0m,此处顶板已初次下沉,下沉量达15～60mm,是工作面的片帮显现区.     

回采上覆岩层裂隙演化相似性模拟研究

开采扰动下采空区上覆岩层将产生位移和应力重新分布。基于梁模型分析了采空区上覆岩层初次破断开采和周期破断开采理论模型,得出岩层裂隙产生的应力分布规律及变形特征;通过实验室相似性模拟验证了初次破断及周期破断开采下的上覆岩层应力及位移分布规律,得出上覆岩层裂隙发展变化经历了卸压、失稳、起裂、突变张裂、闭合、裂隙维持、再次加速闭合直至完全被压实闭合的过程;工作面移动与测点的应力变化、中间层离层的产生相对应,由此分辨出煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。     

坚硬顶板孤岛工作面巷道矿压显现机理及卸压孔技术实践

基于晋能塔山矿8310厚层坚硬顶板孤岛工作面地质条件,采用理论研究、建模分析和工程实地测试结合的方法探究孤岛工作面矿压显现机理,分析卸压孔相关技术参数对巷道塑性区的影响。研究结果表明：孤岛工作面采场巷道受到一侧采空区影响,巷道应力集中、巷道变形现象明显;基于上覆关键层理论及简支梁模型判定,结合8310工作面上层覆岩结构计算得到老顶初次垮落极限步距为85.3 m,空间顶板垮落高度达到148.9 m;通过FLAC3D数值模拟,基于卸压孔长度4 000 mm,间距1 500 mm,孔径φ120 mm参数方案施工后,巷道上层围岩完整性较好,巷道围岩变形未受到较大的应力集中影响。