深部地堑构造区掘巷防治冲击地压技术研究

对深部地堑构造区掘巷发生冲击危险性预测分析,进而对危险区进行监测预报,并对危险区域的施工制定了解危、防护、防范、综合措施,使危险区域达到安全区域,确保了掘巷安全,提高了巷道掘进速度。     

冲击地压能量分布主控因素数值模拟研究

基于开挖掘进时煤岩体易积蓄能够引发冲击地压的弹性能,其能量的积蓄与开挖时间及空间状况因素密切相关。为明确开挖工程时对影响弹性能积蓄的因素及主次关系,以城山煤矿7·16冲击地压事故为实例,分析确定了开挖时间、煤层上方采空区、顶板强度3个因素对于弹性能积蓄的影响,并利用FLAC3D数值模拟软件对能量进行计算和提取,得到了不同因素对于弹性能分布的影响程度。结果表明:以上3个因素均会对煤岩体中弹性能的积蓄产生影响,各因素对于能量分布的影响程度由大到小依次为煤层上方采空区、顶板强度、开挖时间,因此断定煤层上方采空区为该矿此次事故发生的主控因素。     

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。     

开滦矿区深部冲击地压显现规律及其主控因素的探讨

 摘要：本文对开滦矿区唐山矿和赵各庄所发生的冲击地压事故进行了统计分析,阐述了开滦矿区深部冲击地压灾害的显现特征,并探讨了开滦矿区深部发生冲击地压的诱因,认为构造应力、煤岩体物理力学性质、开采深度和开采技术条件是开滦矿区深部冲击地压发生的主控因素。另外,通过对开滦矿区冲击地压的诱因分析并结合开滦矿区深部实际情况,提出了治理开滦矿区深部冲击灾害的合理措施。     

煤厚变异区开采冲击地压发生的力学机制

针对地质构造区域煤层开采容易发生冲击地压的情况,建立了煤岩组合体力学模型,研究了煤厚变化对超前支承压力分布特征和能量演化规律的影响,揭示了煤厚变异区煤层开采冲击地压发生的力学机制。研究表明:煤厚变薄区的原岩应力比变厚区大,煤厚减小率或岩煤弹性模量比越大,应力变化梯度越大;工作面由厚向薄回采,超前支承压力呈"双峰值"分布,而工作面由薄向厚回采,超前支承压力呈"单峰值"分布;冲击地压发生时,工作面由厚向薄回采,第2峰值应力区内形成高能区会阻碍能量向煤壁深部传递,产生的冲击能量将主要向巷道或工作面临空面释放,而工作面由薄向厚回采,冲击能量可向煤壁深部转移,冲击影响范围小。现场案例分析及工程实践表明,工作面由薄向厚回采更有利于防冲。     

冲击地压"四维"孕灾机制初步分析及探讨

从系统空间概念出发,探讨了煤岩地质体冲击地压孕灾机制的相空间维度,基于已有的冲击地压各类影响因素的重新划分,提出了包括材料属性维度(M)、应力环境维度(P)、空间结构维度(S)、叠加扰动维度(D)的冲击地压"四维"孕灾机制,其中材料属性维度是指赋存于地质环境中的煤岩地质体的物理冲击属性;应力环境维度是指煤岩地质体"内-外"复合应力状态;空间结构维度是指包括地质赋存构造和已有以及现在受采动影响形成的煤岩地质体空间结构状态;叠加扰动维度是指受到人工爆破及星体运动对处于极限应力状态的煤岩地质体所引起的多源叠加扰动作用。通过建立冲击地压"四维"孕灾系统及其子系统的数学模型来描述"四维"孕灾各子系统之间的非线性关系。     

多因素耦合诱发冲击地压作用机制

冲击地压是一种复杂的矿山动力失稳破坏现象,其诱因具有多样性和复杂性。鸡西矿区多个煤矿采深已达千米,冲击地压隐患日趋严重。针对鸡西矿区城山煤矿掘进巷道某次冲击地压事故,详细阐述了冲击地压的失稳破坏特征。在此基础上,分析地质构造、原岩应力状态及周边采场扰动等因素对冲击地压的影响,同时巷道掘进扰动及滞后作业产生的应变能积聚也是重要的诱发因素;并结合煤体的冲击倾向性鉴定及物理力学性质试验,分析了诱发冲击地压的内在因素。研究表明,此次冲击地压灾害是由多因素耦合作用诱发。综合考虑诱发因素的特点及城山煤矿实际情况,提出了防治城山煤矿冲击地压灾害的措施。     

背斜构造成因机制及冲击地压灾变机理研究

针对背斜构造诱发冲击危险相关特点,基于材料力学及Winkler弹性地基理论,建立了背斜构造成因力学模型,导出了该模型挠度、弯矩及应变能理论解;通过UDEC数值试验,揭示了背斜轴影响下工作面煤壁前方支承压力分布特点,研究了采动影响下支承压力峰值处盈余能量E0-Ec值变化规律。结果表明:背斜构造的形成受到多重因素共同作用,煤体埋深、上覆岩层容重、特征系数及地基系数越小,构造力偶越大,背斜越易形成;背斜不同位置处应变能不同,构造力偶越大、抗弯刚度越小,微段dx处应变能越大;随着工作面不断推进,煤壁前方支承压力与背斜轴高构造应力呈现出"连接-叠加-分离"现象;工作面越靠近背斜轴,支承压力峰值处盈余能量E0-Ec值越高,发生冲击危险的可能性就越大。     

改进模糊层次分析法在冲击矿压主控因素研究中的应用

采用三标度法改进模糊层次分析算法并将其运用于矿井冲击矿压主控因素的分析,得到各影响因素对冲击矿压的影响权重。在此基础上,以开滦赵各庄矿为例,验证了该方法的可行性。     

基于地音监测技术的多类型冲击地压前兆特征研究

针对煤矿多类型冲击地压地音监测预警问题,基于冲击地压启动理论和现场地音监测数据,分析了不同类型冲击地压的失稳启动机制,得出冲击地压发生前煤岩体应力变化主要分为持续加载型、动静加载型和循环加卸载型3种;结合实验室煤岩体全应力-应变曲线与声发射监测数据,对煤岩体试件破坏前发生3种类型应力变化的地音前兆特征进行了细化研究,并通过现场实测数据,对3种不同类型冲击地压失稳破坏前地音活动演化规律进行了分析。结果表明：现场冲击地压发生前地音活动演化规律与实验室煤岩体试件破坏前地音前兆特征具有一致性。因此,基于地音监测技术的多类型冲击地压前兆特征研究可以对相应类型冲击地压灾害的防控实现不同程度的指导作用,为煤矿现场防控冲击地压灾害提供一定的理论支撑。     

地下磷矿开采岩爆机理及防治对策

随着地下工程的不断发展,岩爆成为严重影响施工安全的地质灾害,为了研究岩爆发生机理及防治措施,以宜昌后坪磷矿岩爆灾害为工程背景,现场采取后坪磷矿岩爆区域岩样,运用GCTS系统岩石三轴仪进行室内岩石三轴试验,分析围岩物理力学参数,通过岩爆预测深度判据,预测岩爆发生的深度,并利用三轴试验下的声发射三维定位技术,分析岩爆发生机理,并为工程岩爆预防及处理提供对应措施。     

煤矿深部开采冲击地压监测解危关键技术研究

针对煤矿深部开采冲击地压监测防治难题,采用理论分析、数值模拟、室内试验和现场监测相结合的综合研究方法,研究了深部应变型、断层滑移型和坚硬顶板型三类冲击地压的致灾机理,提出了煤岩组合冲击能速度指数和卸围压冲击能速度指数两个新指标,建立了与冲击地压类型相适应的煤岩冲击倾向性评价体系,获得了深部开采三类冲击地压的前兆信息特征,给出了以深部开采冲击地压类型为导向的监测预警及组合式卸压解危方法,研发了钻孔施工与预警同步一体化技术。结果表明:① 深部应变型冲击地压是围岩系统能量积聚大于能量释放与耗散之和的结果;与浅部开采相比,深部坚硬顶板破断释放的变形能明显增大,以及深部断层更易发生错动滑移;② 深部应变型和深部坚硬顶板型冲击地压的冲击倾向性评价需在国家标准基础上分别增加卸围压冲击能速度指数、煤岩组合冲击能速度指数,而对于深部断层滑移型冲击地压,这两个指标均需增加;③ 深部应变型和深部坚硬顶板型冲击地压监测预警应以能量和应力判据为主,但深部断层滑移型冲击地压应以能量判据为主;④ 深部应变型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、大直径钻孔、断底和煤层注水;深部坚硬顶板型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、深孔断顶爆破、大直径钻孔、断底和煤层注水;深部断层型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、大直径钻孔和煤层注水;⑤ 采用钻孔施工与预警同步一体化技术,可在钻孔施工过程中通过监测煤粉量和应力变化信息,对施工过程中可能发生的冲击危险进行同步预警。煤矿深部开采冲击地压防治作为一个复杂的系统工程,以科学分类为基础的系统防治技术体系仍是深部开采冲击地压需要重点攻关的研究方向。     

Prediction and control of rock burst of coal seam contacting gas in deep mining

By analyzing the characteristics and the production mechanism of rock burst that goes with abnormal gas emission in deep coal seams, the essential method of eliminating abnormal gas emission by eliminating the occurrence of rock burst or depressing the magnitude of rock burst was considered. The No.237 working face was selected as the typical working face contacting gas in deep mining; aimed at this working face, a system of rock burst prediction and control for coal seam contacting gas in deep mining was established. This system includes three parts: ① regional prediction of rock burst hazard before mining, ② local prediction of rock burst hazard during mining, and ③ rock burs control. Supported by the National Natural Science Foundation (Instrument) of China (50427401), the National High Technology Research and Development Program of China(2006AA06Z119); the National Key Technology R&D Program in 11th Five Years Plan of China (2007BA29B01); the New Century Excellent Talents in University (NCET-06-0477)     

煤矿井下主排水泵计算机监控系统设计

针对煤矿主排水泵的特点和当前测控技术的发展 ,介绍了一种模块化的煤矿井下主排水系统计算机监控系统。该系统实时采集水泵系统的运行参数 ,自动控制水泵的启停和切换故障机组 ,具有语音报警、报表输出、水泵性能测试等功能 ,对实现煤矿主排水泵的自动化管理具有参考价值。     

新集一矿11-2煤层煤与瓦斯突出影响因素分析

通过现场实测并结合灰色理论统计分析方法对突出预测指标进行定量分析,得出所需排序结果.实验表明:基于灰色理论分析方法应用于煤与瓦斯突出预测,该方法准确地反映了各指标影响因素大小,取得了良好的效果.     

潞安矿区煤炭开采沉陷主要控制因素分析

为了查明影响潞安矿区煤炭开采沉陷的主要因素,从地质赋存条件和采矿工艺2个方面初选出可能与地表沉陷有关的9个因子,根据潞安矿区10个典型工作面的地质和采矿资料、观测数据,采用灰色关联分析和回归预计方法,分析了地表最大下沉系数与地质因素、采矿因素之间的关系。研究结果表明,潞安矿区煤炭开采沉陷的主要影响因素为覆岩综合硬度、采高、工作面倾向长度及扰动系数;同时以地表最大下沉系数为因变量,以主要影响因素为自变量建立了煤炭开采沉陷回归模型,此模型较好地反映了该地区地表最大下沉系数与其主要影响因素之间的量化关系,同时也为潞安矿区的煤炭开采沉陷预计提供理论依据。     

屈曲型岩爆的发生机制及其时效性研究

为分析深部巷道围岩层裂薄板结构的形成机制和屈曲型岩爆发生的力学机理,采用数值模拟方法对深部巷道开挖过程中围岩主应力的分异演化规律进行了研究。基于三参量黏弹性本构关系,以屈曲型岩爆的层裂薄板结构为力学模型,推导出了二向受力下屈曲型岩爆的压屈时效方程,探讨了不同应力状态下屈曲型岩爆的时效特征。结果表明:在以垂直应力为主导的巷道在掘进过程中,巷道顶部和底部的主应力水平在逐步减小,岩体能量逐步释放;而巷道两侧边墙的主应力出现严重的分异现象,切向应力变大而轴向应力减小,岩体能量向两侧转移并大量积聚。以水平应力为主的巷道在掘进过程中,围岩应力状态的演化过程及能量积聚特征与此相反。围岩层裂薄板结构形成后,在切向应力和轴向应力的二向应力作用下发生蠕变弯曲变形,经过一段时间,当变形达到某一限值时,层裂薄板结构就会发生屈曲失稳破坏并释放岩体内积聚的弹性变形能,产生延迟岩爆现象。     

采动影响煤帮变形机理与控制技术研究

为解决邻近工作面采动影响下3213运输巷煤帮变形显著问题,基于3215工作面开采后覆岩的结构特征,确定了基本顶断裂位置,分析了煤柱变形破坏机制,提出了高预紧力和注浆改性的煤帮变形控制思路,根据3213运输巷地质条件设计了技术参数。现场监测结果表明,提出的破碎煤帮稳定性控制技术实施效果良好,可有效控制巷道围岩的稳定性,顶底板移近量降低了81.4%,两帮移近量降低了79.6%。研究成果为类似条件矿井采动影响破碎煤帮变形控制提供指导。     

华北型煤田深部开采底板“分时段分带突破”突水机理

通过对华北型煤田大采深高承压水和下组煤开采条件下10起较典型的煤层底板承压突水实例进行深入系统分析,基于时空4维结构概念,首次提出了"分时段分带突破"的煤层底板突水机理。从空间上即上组煤2号主采煤层至煤系基底奥灰强含水层之间,以薄层灰岩含水层为界分4个隔水地质单元,以因采动影响而产生的各种破坏损伤及原始导升裂隙带等按阻水能力为界划分11个阻水"分带",并建构了6种突水模式;从时间上按煤层底板渗水及突水通道形成进程划分4个"时段";在此时空概念基础上运用地质结构力学、水动力学、线性断裂岩石力学和非线性系统动力学等进行了相关实验及综合分析,给出了相应时段的煤层底板突水判据。