深孔断顶爆破防治冲击地压的理论与实践

简要阐述我国冲击地压作用机制及控制技术研究现状,深入探讨深孔断顶爆破的作用机制,采用数值模拟方法分析深孔断顶爆破防治冲击地压的基本原理,对于爆破前后的应力场进行对比分析,从计算结果来看,深孔断顶爆破能够从根本上改变煤岩体的应力分布状态,显著降低爆破有效范围内煤岩体中的应力水平,应力峰值出现的位置明显远离煤壁,峰值的大小大幅度降低;结合急倾斜煤层开采条件和倾斜煤层开采条件,进行深孔断顶爆破防治冲击地压的实践,并通过应力监测对其卸压效果进行检验。监测结果表明,采用深孔断顶爆破技术能够有效改变煤岩体的应力状态,对具有冲击危险的区域起到较好的卸压作用;在华亭煤矿急倾斜煤岩层条件下深孔断顶爆破的实践中,在监测期间内,深孔断顶爆破后顶板岩层出现3次明显的周期性垮断现象,压力显著降低,周期来压明显,从而降低冲击危险性,有利于矿井的安全生产。     

超前深孔顶板爆破防治冲击地压原理分析及实践研究

通过对超前深孔顶板爆破过程及影响因素的分析,揭示其防治冲击地压的机制。采用 ADINA 软件模拟研究三孔扇形布置条件下炮孔夹角及装药段长度变化对其防冲效果的影响,并从应力场、能量场2个不同的角度对其现场防冲效果进行检验。研究表明,在炮孔深度一定的前提下,三孔扇形布置的超前深孔顶板爆破可有效降低工作面超前高应力区的峰值并使其向煤体深部转移,使煤岩整体结构处于相对稳定的低势能状态,其爆破防冲效果随炮孔夹角的增大而增强,形成的剪应力降低区随装药段长度的增加而增大。     

冲击地压危险源层次化辨识理论研究

 采用理论分析并结合现场案例,指出冲击地压发生前存在潜在危险源,并将广义危险源概念引入冲击地压监测中,定义冲击地压能量积聚至破坏启动的区域为冲击地压危险源,进一步分析冲击地压危险源具有触发因素、潜在危险性和发展趋势3个要素,指出一切冲击地压监测的统一目标为及时、准确地辨识到冲击地压危险源。对冲击地压危险源产生的时空状态进行分析,为不产生盲区,提出对冲击地压危险源进行时空上的层次化辨识,并且建立理论应用模型,在华丰煤矿分别选用微震监测技术、地音监测技术和煤体应力监测技术,分井田范围、工作面范围和局部危险点进行全矿井冲击地压危险源辨识。实践证明该理论可提高现场监测效率、并有效指导现场对于冲击地压显现的预测。     

基于冲击启动理论的深孔区间爆破疏压技术

 通过分析巷道冲击地压启动机制,采用数值模拟方法研究巷帮集中应力分布的爆破效应,提出基于冲击启动理论的深孔区间爆破疏压方法。研究表明：巷帮深孔爆破的区间应为冲击启动区,否则将起到负面作用;加大巷帮煤壁支护强度以疏、降集中应力是有限的;深孔区间爆破疏压方法,一方面疏、降冲击启动区应力或能量集中程度,阻止冲击启动环节发生,另一方面迫使率先冲击启动的区域向煤壁深部迁移,并增加疏压区消耗冲击地压启动后的总能量,降低能量释放速度。研究结果在现场取得较好的应用效果。     

基于应力与围岩分类的冲击地压危险性评价研究

 基于山东某矿井复杂多样的地质和开采环境,提出了对冲击地压实行分类评价的技术思路。根据外部应力与巷道围岩相互作用后的围岩结构稳定性及其冲击倾向性,对围岩的冲击危险性和类型进行分类。外部静应力计算时采用倾向“载荷三带”理论模型,动应力计算时采用长壁工作面走向“载荷三带”理论模型,再叠加上构造应力等,实现了外部应力的近似计算;将外部应力作用于不同的围岩结构,结合煤岩体的冲击倾向性,得到围岩的冲击危险性和冲击类型。以此为基础形成的冲击地压分类与评价方法能较准确地反映回采工作面的冲击类型和危险程度,为制定针对性的治理措施提供了较准确的依据。研究成果已经在山东能源集团进行了应用,取得了良好的效果。     

华丰煤矿煤柱冲击地压发生规律及防治

煤矿冲击地压是世界采煤国家面临的共同难题，介绍了华丰煤矿煤岩体的地质条件和历年冲击地压的发生情况，描述了华丰煤矿发生的几次煤柱冲击地压的过程，分析了冲击原因和冲击特征，提出了在巷道掘进期间和工作面回采期间防治煤柱冲击地压的措施，并在现场应用中取得了较好的效果。     

冲击地压煤层局部保护层开采的减压机理研究

保护层开采是区域性防治冲击地压的有效方法,但当开采保护层不具有经济价值、不开采保护层又不能保证主采煤层防冲安全的条件下,提出了开采局部保护层的防冲方案并进行了防冲和防大变形灾害的机理研究。为了论证开采局部保护层防冲方案的安全性,通过建立局部保护层和被保护层的力学关系模型,推导了在局部保护层作用下岩体应力的计算公式,绘制了不同宽度局部保护层条件下引起冲击的垂直应力和剪应力分布云图,给出了发生冲击和大变形边界的应力判据,为设计被保护层巷道的安全位置提供了理论依据。结合河南某煤矿的实际情况,给出局部保护层减压效果的计算方法,计算结果在该煤矿强冲击危险工作面设计中得到了应用。     

冲击地压预测的PSO-SVM模型

 冲击地压是一种复杂的非线性动力学现象，其发生机制非常复杂，而在监测数据的基础上对其进行分析预测，是冲击地压的一个重要研究方法，但是采用传统的数学力学方法很难表达冲击地压与其影响因素之间的复杂非线性关系，其中采用时间序列进行预测是一个重要的研究方向。针对这一问题，将冲击地压看作一时间序列过程，采用支持向量机建立冲击地压序列之间的非线性关系；同时，考虑到支持向量机参数对预测效果的影响，采用微粒群算法对支持向量机参数进行优化选择，从而提出冲击地压预测的PSO-SVM模型，提高支持向量机的推广预测能力，并对一具体算例进行研究分析。研究结果表明，该方法是科学可行的，并具有很好的精度。     

基于关联因素前兆监测的冲击地压发生区域与时期初探

 为对后续开采活动起到警示作用,在强冲击危险区域,采用现场实测的方法得到冲击地压、微震、顶板破断以及采动应力分布等数据,并进行关联规律分析。分析结果表明：超前支承压力影响区域是冲击地压、微震事件的主要发生区域,但冲击地压还会发生在超前支承压力影响之外的微震活动区;基本顶垮断周期、本工作面与邻近采空区沟通导致高位岩层见方垮断周期以及微震活动周期是冲击地压发生的可能时期;以上3个周期近似同步时,超前支承压力影响范围内冲击地压发生概率明显增加。     

冲击地压前兆信息识别的扩容理论

将煤体的破裂变形分为3个阶段,即弹性阶段、非线性阶段与突变阶段。用3个特征量描述了煤体扩容变化的过程,即体积压缩、稳定扩容及扩容突变。建立了冲击地压的扩容模型,扩容理论解释了冲击地压前兆信息的稳定性与突变性,是冲击地压前兆信息识别的理论基础。并采用RFPA软件验证了扩容突变与声发射前兆信息的关系。     

玲珑金矿深部开采岩体能量分析与岩爆综合预测

 玲珑金矿是石英脉型金矿床, 目前开采深度已超过500m , 未来开采深度将超过1 000m。对此类矿床赋存条件的地下矿山, 深部开采时可能遇到的一个突出问题就是岩爆。根据系统的工程地质调查、地应力场现场实测、岩石力学试验、三维有限元数值模拟的结果, 采用多种岩爆判断准则, 分析了玲珑金矿深部开采时围岩中的能量分布规律和发生岩爆的可能性, 提出了防治岩爆的建议措施。     

深部厚煤层断层煤柱型冲击矿压机制研究

 针对断层区采掘时冲击矿压频频发生的严峻现状,运用理论分析、实验室试验、数值模拟以及工程实践等方法,研究断层区的冲击机制。主要研究内容及结论如下：(1) 建立断层闭锁与解锁滑移的力学模型,理论推导得出上行解锁和下行解锁的判定公式,公式表明断层解锁与断层摩擦强度、断层倾角以及水平应力和垂直应力之比有关。(2) 提出断层区断层煤柱型冲击矿压的概念,认为断层煤柱型冲击分为断层活化型冲击、煤柱破坏型冲击和耦合失稳型冲击,并阐释各自的冲击作用机制。(3) 分析跃进矿25110工作面20次冲击震源分布规律、冲击影响因素和冲击作用机制,认为大部分冲击为断层滑移、老顶断裂和煤柱破坏诱发的断层煤柱型冲击。(4) 从弱化断层滑移和减弱煤柱冲击破坏两方面提出针对25110工作面断层煤柱型冲击矿压的治理措施,现场实践表明,控制工作面推进速度可减少断层活化型冲击,提高巷道支护强度和爆破卸压、大直径钻孔卸压可有效降低冲击矿压灾害。     

深孔爆破在深井坚硬复合顶板沿空留巷强制放顶中的应用

 为防止深井坚硬顶板沿空留巷的充填墙体在顶板垮落时被压坏,特采取深孔爆破强制放顶来释放顶板压力以提高沿空留巷的护巷效果。通过数值模拟和理论分析的方法,阐述深孔爆破强制放顶的卸压机制。炸药在坚硬岩体中爆破,爆破孔周边的岩体受爆轰应力波作用产生大量裂隙并发生大幅度位移,使爆破孔周围的应力重新分布,厚层顶板垮落,降低了巷旁充填墙体的附加载荷,从而起到护巷作用。最后,在潘一矿东区1252(1)工作面进行超前深孔爆破强制放顶的现场应用,在经历工作面回采和充填留巷稳定阶段后,墙体整体维护效果良好,对类似条件下沿空留巷强制放顶具有很好的借鉴意义。     

孤岛工作面冲击矿压危险及其控制

孤岛工作面及其周围巷道附近应力集中程度高，顶板运动剧烈，再加上地质构造的影响，当采深较大时，冲击危险程度很高，很容易引发冲击矿压。孤岛工作面冲击矿压危险检测预报及控制的技术是先分析冲击危险程度，确定冲击危脸指数，提出早期预报，然后，采用电磁辐射和钻屑法进行及时预报，最后，采用卸压爆破进行处理，并采用电磁辐射和钻屑法检验防治措施的效果。实践证明，这套技术安全、可靠、有效，能够保证在工作面进行高效生产。     

岩石非均质性与冲击倾向的相关规律研究

岩石冲击倾向指标E／λ值是反映岩石发生冲击地压难易程度、冲击类型与强度的重要参数，通过对细观非均质岩石的全过程应力．应变曲线的大量数值实验进行分析，揭示出冲击倾向指标E/λ非均质参数m遵循负指数关系且E／λ随m增大而减小。     

深埋洞室地应力状态与岩爆相关性研究

为了研究锦屏二级水电站探涧开挖过程中发生岩爆与地应力的相关性，在电站探洞不同水平埋深处进行了水压致裂和应力解除三维应力测量。测量结果表明：（1）在探洞浅部，受局部地形影响，测点的应力分布主要受自重和区域及地形地貌控制。形成特有的“V”型河谷岸坡内的局部应力状态，最大主应力11．0MPa左右，作用方向NNW基本近水平；（2）在探洞深部地应力值较高，最大主应力40．0MPa左右，作用方向近直立；（3）随水平埋深的增大最大主应力由近水平状态转变为近直立状态，说明在洞深部自重应力起主导作用。对原地应力实测结果进行解析，得到了隧道横截面的最大主压应力和最小主压应力及相关的应力参量，结合岩爆判据对隧道发生岩爆的可能性进行了分析，提出了岩爆的发生主要受控于隧道横截面内的最大差应力的大小。