褶皱区底煤厚度对动载诱发巷道底板冲击的影响

为了探讨褶皱区不同底煤厚度对动载诱发巷道底板冲击的影响,使用岩体力学和FLAC2D有限差分数值模拟软件研究了不同底煤厚度作用下应力波诱发特厚煤层巷道底板冲击的动态响应规律。研究表明,动力扰动的作用是使处于极限应力下的煤体应力增加并打破平衡状态从而诱发底板冲击;动载作用下,若底煤下方为厚度较大的坚硬粗砂岩,当底煤厚度d3 m时,当受一定强度应力波扰动时并不失稳;当底煤厚度d≥3 m时,底板容易受扰动失稳,且底板冲击显现强度呈缓慢增加;首次冲击失稳后,二次冲击矿压危险性降低。     

动载扰动诱发底板冲击矿压演化规律研究

为了研究动载作用下底板冲击矿压的演化规律,采用理论分析和数值模拟的手段研究了动应力波作用下巷道底板煤体的应力和位移等参数的响应特征,揭示了动载扰动诱发底板冲击的原因和显现过程。研究结果表明:动应力和巷道底板的高水平应力叠加使底板煤体达到或超过强度极限发生屈曲失稳和变形,并且应力波入射到底板表面反射形成拉应力导致底板发生层裂破坏,在这过程中破坏范围逐渐扩大,导致底板冲击。动载作用过程中底板煤体的水平应力、垂直应力、应力差先上升后瞬间大幅度降低,同时底板煤体拉伸破坏的层裂破坏范围和垂直位移瞬间增加,在此过程中,底板水平应力集中现象逐渐消失。     

高地应力区域动载扰动诱发深埋巷道冲击致灾机理研究

为了探讨高地应力控制区动载作用下诱发巷道冲击地压机理,基于弹性力学理论,建立了不同侧压系数影响下深埋动载巷道围岩力学模型,推导出了诱发巷道冲击的力学判据,并运用FLAC软件模拟分析动载巷道围岩应力及弹性能演化规律。研究结果表明:深埋巷道冲击受多重因素的共同作用,巷道埋深越大,地应力越大且震源距巷道自由面较近,围岩极易发生冲击;动载巷道围岩应力随着侧压系数的增加发生了明显的变化,巷帮垂直应力较顶板显著增大,且其弹性能量值均在距巷道水平4 m位置处达到最大;由于最大剩余弹性应变能距巷道自由面较近,围岩处于极限平衡状态,动载作用下巷道围岩裂隙进一步扩展贯通,蓄积高弹性能得到释放,易诱发巷道冲击。     

基于离散元的动载冲击地压巷道围岩稳定性分析

本文以陈家沟煤矿8514工作面为工程背景,针对目前动载作用下的巷道变形失稳等问题,借助离散元程序UDEC揭示动载作用下巷道围岩的响应特征,分析了不同距离动载对巷道稳定性的影响。数值模拟结果表明:底板变形破坏范围会因动载与巷道顶部距离减小而增加,两者呈正相关关系,但动载与巷道顶部距离对两帮和顶部变形破坏范围影响较小;动载作用下,巷道震动速度类似于正弦波的形式逐渐衰减并且存在峰值。文章研究结果旨在为动载作用下冲击地压巷道围岩稳定性分析提供相应的理论支撑。     

考虑动载扰动作用的窄煤柱巷道底板失稳机制

窄煤柱回采巷道底板通常表现为非对称破坏特征,当覆岩突然断裂释放能量时,会对窄煤柱巷道产生动载扰动作用.在动载扰动作用下,岩片剥落乃至岩块弹射的现象较为普遍,加剧了巷道底板的破坏程度,导致巷道底板稳定性维护难度较大.为掌握窄煤柱回采巷道底板破坏机制以及动载扰动对巷道底板稳定性的影响,综合采用理论分析、数值模拟和现场实测的...     

不同侧压系数下直墙半圆拱巷道底脚受力模拟分析

直墙半圆拱巷道直墙与底板相交的底脚属于应力容易集中的不利部位,巷道的破坏也常发生于底脚处。利用数值模拟软件FLAC3D对不同侧压系数下,巷道底脚受力情况进行了研究。结果表明,直墙半圆拱巷道最大压应力常出现在巷道直墙与底板相交的底脚处。随着侧压系数增大,巷道底脚位置处所受到的压应力呈现出增大的趋势,巷道底脚位置处衬砌的剪力与弯矩也表现出增大的趋势。若实际生产中巷道所在的区域水平应力较大,其底脚部分围岩可能较容易发生破坏,同时,底脚处衬砌也较易产生破坏,从而威胁到巷道支护结构的整体稳定性。     

侧压系数对巷道变形及周边应力分布规律影响

为了确定侧压系数对巷道变形与周边应力分布规律的影响,使用岩体力学、FLAC3D有限差分数值模拟软件对1<λ<3与λ>3下圆形巷道顶板下沉量、底鼓量、左帮位移和右帮位移以及周边应力分布的影响进行了研究.结果表明,当1<λ<3时巷道周边应力为压应力,当λ>3时巷道周边应力既有压应力又有拉应力,且2种情况下周边应力分布基本上都以巷道中心呈对称分布;随着λ的增大巷道的右帮位移、左帮位移、底鼓量都增大,两帮位移比较接近,顶板下沉量随着λ的增大而减小.通过工程实例得到较大侧压下仅考虑顶压作用的传统支护设计不能有效地控制巷道帮部变形及底鼓,可选用能抵抗侧压的支架与加强帮部支护方式来控制巷道变形.     

构造应力影响下巷道底板冲击破坏与防治研究

余吾煤业N2105工作面回采过程中进风巷道发生了2次严重的冲击地压事故,通过分析2次冲击地压事故的位置,运用FLAC~(2D)数值模拟软件研究了构造应力系数对巷道底板塑性区的影响范围,并结合工作面安装的微震监测系统的数据对模拟结果进行了验证,提出了采取巷帮煤体大直径钻孔的方式来降低和预防巷道底板冲击的发生。研究结果为褶皱构造区工作面巷道的稳定维护提出了一种新的监测和防治思路。     

动载方向对巷道冲击影响的数值模拟研究

为研究动载方向对于诱发巷道冲击矿压的影响,运用FLAC2D中的动态模块,研究分析了不同动载方向下震动波在巷道顶板传播的速度、位移和加速度的变化规律以及震动波引发的巷道顶、底板和左、右帮速度和加速度变化规律,为预防冲击矿压提出相应技术措施。     

动压影响底板巷道加固技术研究

某矿Ⅱ13回风上山原支护采取U29型钢支护,受上覆工作面跨采影响,巷道维护极其困难。通过分析U型钢支护破坏的原因,决定采取高强锚网索高强补强支护。数值模拟分析结构表明,高强锚网索支护对帮顶支护结构的薄弱部位进行加强支护,对帮中和顶中位置的弯矩分布改善最为明显,现场工业性试验结果表明:巷道加固效果良好,巷道围岩变形得到有效控制。     

动载诱发冲击地压的实验研究

运用自主研发的冲击岩爆实验系统,进行了动载诱发冲击地压实验研究,提出了一种判别动载是否诱发冲击地压的实验方法。实验采用对加载至500 m深度应力状态下的带圆柱形贯穿孔洞的立方体砂岩试样,在σv方向逐级施加扰动波,σh保持在恒定应力水平的加载方式,模拟了500 m深度砂岩巷道,由于顶板垮落产生垂直向冲击扰动,由此诱发冲击地压破坏的过程。通过数据采集系统实时采集力和位移数据,获得应力应变曲线;通过图像采集系统实时拍摄动载诱发冲击地压过程,获得颗粒弹射、碎屑剥落等特征现象。实验发现,动载诱发冲击地压过程经历了平静期、颗粒弹射、碎屑剥落和冲击地压剧烈破坏4个阶段。对巷道围岩应力状态进行计算,得出动载诱发冲击地压时巷道围岩最大切向应力大于其单轴抗压强度。对碎屑特征及微观结构分析发现,动载诱发冲击地压产生的碎屑呈现出明显的片状特征,以中、细粒碎屑为主,通过电镜扫描可见穿晶裂纹。计算碎屑块度分形维数表明,动载诱发冲击地压破碎程度较单轴压缩破坏高。     

不同侧压条件下花岗岩巷道岩爆声发射特征实验研究

利用双轴伺服控制试验系统开展开挖卸荷扰动作用下花岗岩巷道岩爆模拟实验,采用声发射系统同步采集岩爆孕育及发生过程的声发射数据,研究不同侧压影响下花岗岩巷道岩爆声发射特征。研究结果表明:双轴条件下,轴压与侧压差值越大,开挖引起的卸荷作用越明显,孔洞内出现初次颗粒弹射的时间越提前;随着侧压的升高,岩爆释放的总能量逐渐增加,声发射累积能量进入"陡增"阶段的时间则相对滞后;声发射振铃计数率能够很好地反映岩爆发生阶段孔洞内应力调整过程,随着侧压的增加,振铃计数率在加载后期的波动模式逐渐由"较低水平波动并出现一定数量跳增点"向"较高水平波动并出现一定数量突降点"转化;结合声发射RA值和AF值可知,巷道岩爆过程即产生张拉破裂又产生剪切破裂,随着侧压的增大,岩爆破坏中剪切成分所占比例逐渐增多。研究结果为岩爆的预测和防治提供了实验基础。     

不同侧压比荷载下U型约束混凝土拱架全尺寸试验研究

以直腿半圆形UCC拱架为对象,进行了不同侧压比荷载条件下的全尺寸拱架试验研究,从变形破坏形态、承载力、材料应变等方面进行对比分析,掌握了新型拱架的承载特性和屈服失稳机制。拱架受力初期处于线弹性变形阶段,拱架内力呈显著压弯状态,由于部分截面出现了强度破坏而导致拱架整体屈服,而后随持续加载拱架出现整体结构失稳,进而彻底丧失承载能力。UCC29试验拱架在λ=1.0加载条件下整体屈服承载力为1 230 k N,是相同尺寸U36拱架的1.56倍。拱架屈服承载力随侧压比λ(λ≥0.5)呈指数型降低趋势,且拱架变形形态及危险截面位置也受侧压比影响显著。对于直腿半圆形拱架而言,侧压比在一定范围内越小,拱架内力越接近轴压状态,拱架能够承担的荷载也越高。     

动压影响下坚硬围岩矿压显现规律研究

文章以正利矿14-1103工作面受动压影响下的变形破坏规律为研究案例,针对该矿煤层顶板较为坚硬,工作面回采过程中常出现顶板无法正常断裂,老顶悬空面积大,顶板易突然断裂,对工作面和工作面巷道的工作安全带来巨大威胁的问题,通过现场监测研究了动压影响下坚硬围岩巷道的矿压显现规律,以期对现有支护体系进行优化。研究表明:工作面的推进影响围岩应力的范围在100m以内,围岩应力受到显著影响的范围为20~30m;锚杆受力最大增速可达55kN/d,最大增量为70kN,顶板离层速度最大可达15mm/h,最大离层值为67mm,高速增长的时间短,应力、位移的变化具有突变的特性。     

采动诱冲动能估算及冲击危险性评价

能量积聚与释放作为煤矿冲击地压发生的基本力学机制,成为近些年来学术界与工程界关注的热点之一。如何突破传统的以应力-应变曲线为基础的形变能诱灾机理现状,探讨动能驱动诱冲机理是科学解答冲击地压的瓶颈。根据回采工作面开采所引起的支承分布压力变化,基于开采扰动原理,推导了因采动导致煤体内产生动能计算方法,得到了不同深度、不同塑性区宽度、不同推进度与所产生动能之间关系,提出了冲击危险性动能评估指标。研究表明,工作面超前支承压力集中区产生的高变形能的释放是煤体破坏的必要条件,而支承压力变化促使变形能释放转化形成的动能是驱动煤体动力破坏失稳的充分条件;通过对开采进尺小于和大于塑性区宽度时支承压力变化所引起动能计算发现,当开采进尺大于0.8倍的塑性区宽度时将开始产生动能;当开采进尺一定时,塑性区宽度越大,产生的动能就越小,因此松动爆破、大直径卸压钻孔等手段增大塑性区宽度有利于动能的降低;若开采进尺越大,则产生动能就越高,因此,降低推采速度减少进尺有利于降低产生的动能,基于获得的开采进尺与动能量级的关系,可以定量给出满足防冲要求的安全开采进尺,这为解答如何确定不同冲击地压煤层容许进尺提供了定量方法;根据单位体积煤体所承受动能与单位体积煤体所能够贮存的弹性能的比值,定义冲击危险性动能评估指标,强调动能驱动机制,这将更有利于判断冲击危险性程度。     

动压影响下小间距过巷加固技术研究

本文结合口孜东矿深井软岩高地应力的特点,分析研究围岩变形破坏特征,对动压影响下的小间距底板巷道采用超前36U型钢棚+注浆加固支护方式,上覆掘进工作面过巷时采用短掘短进+底板柔性充填浇筑混凝土支护方案,取得了切实有效的支护效果。     

动压影响巷道水力压裂切顶卸压技术研究

针对沿空留巷煤柱靠采空区侧悬顶造成保留巷道变量大、控制困难问题,提出水力压裂切顶卸压技术。以长平煤矿Ⅲ4321工作面为研究背景,模拟了动压影响巷道水力压裂切顶卸压全过程,获得了水力压裂和工作面回采中煤岩层的弹性模量、损伤场和应力场分布规律,揭示了水力压裂的切顶卸压规律。并进行了动压巷道水力压裂切顶卸压现场应用,结果表明：采取水力压裂切顶卸压措施后,受动压影响的Ⅲ43212巷两帮最大移近量和顶底板移近量分别降低了60.01%、63.32%,有效控制了动压影响巷道围岩变形,为类似条件下动压影响巷道围岩变形控制提供了借鉴。     

动力扰动诱发煤层大巷冲击地压机理及其防控技术

为了提高深部矿井煤层大巷冲击地压动力灾害防控效果,基于高家堡煤矿冲击地压灾害发生特点与工程地质条件,通过动静载组合控制煤岩动态破坏的普适性理论方法进行探究,揭示了高家堡煤矿煤层大巷冲击地压致灾机理,明确了动静载复合应力场动力灾害防控途径.在此基础上,考虑煤层大巷服务年限长、 围岩应力集中程度高等特点,结合动力扰动诱发大...     

冲击地压矿井强烈动压巷道围岩变形综合控制研究

针对冲击地压矿井强烈动压巷道变形量大的问题,依据井下试验巷道工程环境,采用理论分析与计算,结合工程实践,分析了该类巷道维护的技术难点,主要包括频繁强烈动载、顶煤难控、底板底鼓3个方面,在此基础上提出了采用小煤柱护巷、全断面锚索支护及支、护、卸相结合的综合控制对策,确定采用8 m小煤柱进行护巷,设计了新支护方案及参数,并在井下进行工业性试验。试验结果表明,综合控制系统能够有效控制围岩变形,应用效果良好。