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。     

坚硬顶板条件掘进期间多因素诱发冲击地压分析

以02回风巷掘进期间发生的冲击地压为例,分析了影响冲击地压的地质因素、开采技术因素,综合类比02工作面开采过程微震监测结果,确定了坚硬顶板条件掘进期间多因素诱发冲击地压的过程。研究表明,煤岩物理力学性质、开采深度、坚硬厚层岩层结构和地质构造使掘进巷道具备冲击地压发生的条件;对冲击地压认识不足,产生了采掘相互扰动、掘进速度过快以及无顶板控制措施、大面积悬顶以及产生的高能量微震事件等多因素叠加作用,从而促使煤体高应力集中,这是掘进巷道冲击地压显现的主要原因。     

邻空侧不规则遗留煤柱区巷道掘进冲击地压防治技术

针对徐庄煤矿7313材料道邻空侧不规则遗留煤柱区巷道掘进期间强矿震频发,冲击危险性高的现象,基于微震现场实测及理论分析确定了强矿震事件发生时间、能量大小及空间位置,得出不规则遗留煤柱区、厚硬覆岩层、采掘扰动、掘进速度等因素是诱发掘进期间强矿震频发的主导因素。结合7313材料道地质赋存条件、掘进技术条件,针对性制定巷道迎头顶板深孔爆破、巷帮加密钻孔卸压及控制掘进速度的掘进巷道冲击地压综合性防治措施。微震实测结果表明防治措施有效降低了邻空侧不规则煤柱区掘进巷道强矿震的产生。     

应力波扰动诱发冲击矿压数值模拟研究

采用非连续离散元软件UDEC,对应力波扰动诱发冲击矿压形成发生全过程、巷道埋深H及扰动应力强度P,max对围岩稳定性的影响进行了有效的数值模拟,得到了巷道围岩在应力波扰动过程中响应速率、响应变形及岩体破损范围大小,以及发生冲击矿压的临界深度和临界扰动应力强度值.结果表明:扰动应力波是引起围岩裂隙延伸贯通,继而诱发冲击矿压的重要因素;围岩埋深条件及扰动应力波的强度决定了巷道围岩裂隙发展影响区域及形态,并最终影响到冲击地压发生与否.研究结果对揭示煤矿冲击矿压的诱发机理具有重要意义.     

坚硬顶板邻空巷道掘进冲击地压防治技术

针对徐庄煤矿坚硬顶板条件下邻空侧巷道掘进期间强矿震频发现象,采用理论分析和微震监测方法确定了强矿震事件发生的时间及空间位置,并得出坚硬顶板、采掘扰动、断层构造、煤层厚度变化等因素是巷道掘进期间冲击致灾来源。结合巷道掘进期间地质和开采技术条件,提出针对性的顶板爆破、钻孔卸压及降低掘进速度的冲击地压治理措施,微震监测结果显示:这些措施有效降低了掘进巷道大能量震动的产生,并且巷道矿压显现次数及冲击破坏情况显著降低,保障了巷道的安全掘进。现场实践证明,该综合防治措施对于坚硬顶板条件下巷道掘进期间冲击地压的防治效果明显。     

特大断面冲击地压巷道破坏机理及控制技术研究

为解决马耿村矿特大断面冲击地压巷道支护难题,介绍了巷道地质条件及围岩地质力学参数特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征,冲击地压巷道变形破坏的主要影响因素是高应力、强动载、卸压和支护体系。频繁冲击能量会产生冲击破坏效应;卸压措施会对冲击地压巷道围岩结构及支护体系产生巨大影响;主动支护体系失效导致冲击地压巷道变形严重破坏。提出特大断面冲击地压巷道矿压特征明显不同于非冲击地压巷道,不同区域及位置的巷道表面位移和顶板离层差异较大;受掘进影响巷道变形更快速更剧烈,稳定时间更长;冲击地压巷道锚杆锚索受力呈锯齿形或台阶形剧烈波动。在耿村矿进行试验,13230上平巷掘进断面超过30 m2,属特大断面冲击地压巷道。矿压监测数据显示,采用提出的支护方案后围岩变形得到有效控制,巷道支护状况得以明显改善。     

矿震诱发巷道冲击地压力学机制及判别准则研究

针对目前矿震诱发巷道冲击地压机制不清晰、理论研究不完善的问题,建立圆形巷道弹塑性软化力学模型,基于巷道围岩软化区能量和矿震波能量,提出矿震诱发巷道冲击地压的软化区能量极值判别准则。将软化区外边界矿震波能量与临界软化区能量之比定义为统一能量指数,并作为矿震能否诱发巷道冲击地压的判别依据,当统一能量指数小于等于1时,表明没有多余能量推动软化区煤体冲向巷道内,即矿震不会诱发巷道冲击地压;当统一能量指数大于1时,表明有多余能量迫使软化区煤体冲向巷道内,即会诱发巷道冲击地压。冲击地压发生时,用巷道快速收缩位移表征冲击地压破坏程度,且巷道快速收缩位移随着围岩临界软化区能量呈指数下降,随着软化区外边界矿震波能量呈线性上升。通过相似模拟试验和数值模拟,验证了理论分析的合理性和正确性。     

不同能级矿震波对深部盘区大巷围岩扰动效应北大核心

进入深部开采,巷道围岩承受高静载,在局部复杂地质构造区域高水平应力的加持下,微小的动载产生的扰动效应即可诱发巷道冲击地压,不同能级矿震波对巷道产生不同的扰动效应,可以诱发巷道围岩不同位置的不同程度破坏。针对彬长矿区某煤矿一盘区大巷频繁发生冲击地压的问题,在分析巷道冲击微震监测能量特征的基础上,进行了数值模拟研究,通过应力、能量、位移表征了不同能级矿震矿震波对巷道围岩的扰动效应。结果表明:冲击地压发生前,微震监测偶有大能量事件出现,但是其余时间总频次和总能量处于较低水平,总能量往往小于10^(5)J,发生时,微震监测总频次和总能量骤增,总能量达到10^(5)J以上,发生后,微震监测总能量和总频次骤减,一段时间内处于静默状态;静载条件下,底板相比较顶板离层现象更显著,矿震扰动下,顶板相比较底板更易发生离层,10^(5)J及以下能级矿震扰动下,对巷道围岩产生的影响是顶板>底板>两帮,10^(5)J以上能级矿震扰动下,对巷道围岩产生的影响是顶板>两帮>底板。     

岩体冲击地压危险性的评价

冲击地压是矿山压力的最危险的显现形式之一。冲击地压会给生产过程造成严重的破坏,会使地下构筑物遭受破坏。掘进巷道时的重要任务是查明岩体的冲击地压危险性,以便及时采取预防措施。岩体冲击地压的危险状态受采矿技术和地质因素的影响。巷道掘进本身应当首先认为是采矿技术因素,巷道造成在岩体中出现暴露面。这一因素的重要性是很明显的,因为不存在空区和结构破坏时,岩体则处在全面压缩条件下,类似于未扰动的静水介质,此时冲击地压的概念失去了意义。由重力和地质构造力所造成的岩体应力,巷道断面形     

采空区煤柱失稳诱发下煤层冲击机理研究

以内蒙古某矿冲击地压事故为工程背景,对上煤层采空区遗留煤柱失稳诱发下煤层掘进工作面冲击地压机理进行了研究。通过建立基于覆岩空间结构的煤柱应力模型,对工作面开采前后煤柱稳定性进行了评价,得到了触矸点传递应力和采空区侧向支承压力叠加是诱发下煤层掘进工作面冲击地压的主要原因的结论,并提出了合理的巷道布置区域。研究结果对类似条件下的掘进工作面开采设计及安全生产具有一定的借鉴意义。     

不同采掘扰动下的冲击地压危险ANN评价方法

针对传统冲击地压危险评价存在指数突跳、影响因素权重主观化和未区分回采与掘进影响因素等问题,采用模糊数学方法对受回采和掘进不同扰动影响下的冲击地压危险评价指标及评价方法进行了探讨。通过对各影响因素进行量化处理和训练人工神经网络,得到了不同采掘扰动条件下各影响因素的贡献权重,建立了回采与掘进冲击地压危险ANN评价方法。分析典型冲击地压案例矿井数据,利用神经网络模型分析冲击地压危险评价的关键影响因素,通过相关性分析得到的回采和掘进扰动影响因素权重并对采掘冲击地压危险评价进行严格区分。实例验证,表明考虑不同采掘扰动影响因素的冲击地压危险ANN评价结果更加符合工程实际。     

急倾斜深埋巨厚煤层掘巷冲击地压前兆特征及其灾害防治

随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量变化数值模拟分析,揭示巷道掘进的冲击地压发生机理,提出急倾斜巨厚煤层巷道冲击地压防治策略,并完成现场工程实践验证。研究结果表明：急倾斜巨厚煤层巷道掘进的冲击地压发生前第2～5天出现微震总能量极低值,或存在至少4 d的能量潜伏期;冲击地压发生前5 d普遍存在3 d以上的最大能量占比高频波动期。冲击地压发生前存在明显缺震现象,发生位置集中分布在距离掘进工作面较近的微震能量极小值区间范围内,或位于微震能量极值区间附近的微震频次极小值区间范围内,且冲击地压事件位于冲击变形能指数较高区域。急倾斜巨厚煤层水平分段综放开采的坚硬覆岩结构不易破断,使得巷道掘进存在上水平采空区两侧“双翼型”应力集中,掘进工作面前方与巷道底部受顶底板岩层相互挤压的应力集中分布且能量积聚显著,随着巷道掘进深度增加其应力集中与能量积聚进一步增强,容易诱发冲击地压等动力灾害。综合分析形成急倾斜巨厚煤层巷道掘进的工...     

千米深井坚硬顶板预裂爆破解压技术

张双楼煤矿开采水平逐步增加至-1 000 m水平,冲击地压显现越来越剧烈,给巷道掘进带来较大阻力和困难,为了减轻巷道掘进期间的矿压显现,探索使用顶板预裂爆破技术切断回采工作面与掘进工作面之间顶板的直接联系,隔断应力传播,削弱采动影响及原岩应力叠加造成的冲击地压强烈显现问题,从而保证巷道掘进效率和安全。现场情况表明,坚硬顶板深孔预裂爆破解压技术能很好地弱化掘进巷道的矿压显现,提高掘进效率和施工安全水平。     

千米深井强冲击全煤掘进巷道防冲技术

古城煤矿受冲击地压威胁问题突出,掘进巷道矿压显现明显。通过优化采掘布局、使用合理的掘进方式、加强巷道支护、采取多种手段卸压、加强监测预报等实施一系列的冲击地压治理手段,保证了安全掘进。工程实践表明,该技术得到成功应用。     

孤岛煤柱下冲击矿压分析及综合防治技术

为解决某矿东一采区9#煤回风下山掘进过程出现的冲击矿压难题,采用SOS微震系统进行分析测量,得到了该巷道在孤岛煤柱下矿震的时空演化规律及前兆信息,高应力和矿震扰动是诱发巷道围岩冲击破坏的主要原因。为此,对该巷道实施帮部大直径钻孔卸压,底板、顶板预裂爆破及加强支护强度等综合治理措施,冲击矿压得到有效控制。     

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。     

鹤岗矿区矿震发生类型、原因及诱冲机制

矿震主要发生在井下,具有突发性、连锁反应的特点,给井下安全生产带来很大危害,也对地面设施构成破坏和威胁。冲击地压是矿震的一种形式,每一次冲击地压的发生都与岩体震动有关。矿震诱发的冲击地压灾害是鹤岗矿区主要灾害之一,统计分析鹤岗矿区权属矿井发生的数十起冲击地压及伴随的矿震,可分为煤体应力型矿震、煤柱失稳型矿震、构造诱发型矿震和厚硬顶板断裂型矿震,不同类型矿震产生的原因及其诱发冲击地压机制各不相同。矿震形成的动载是冲击地压发生的重要力源,动载扰动对煤岩体的致裂、闭锁作用以及与煤岩体自身的静载共同作用诱发煤岩系统发生冲击破坏。     

近距离煤层掘进巷道过终采线冲击地压防治技术

为了防治掘进巷道的冲击地压,首先确定了其主要自然影响因素为煤体的强冲击倾向性、水平地应力和坚硬厚层顶板。根据现场冲击地压发生的位置,采用数值模拟分析了掘进巷道过上层煤工作面终采线区域的应力分布,确定了多次采动应力叠加是冲击地压发生的力源因素。根据现场微震监测结果,认为高位坚硬顶板破坏释放的能量进一步加剧煤体应力集中是冲击地压发生的诱发因素。将后续掘进区域分为强冲击危险区域和一般冲击危险区域,并提出了在强冲击危险区域进行加强支护和大孔径钻孔结合煤体松动爆破的解危措施,在一般冲击危险区域采用煤体预注水的方式进行超前卸压。现场电磁辐射监测结果证实,强冲击危险区域的电磁辐射强度和脉冲均明显高于一般冲击危险区域,同时表明冲击地压解危措施效果明显,保证了后续掘进的安全。     

矿震扰动巷道帮部卸压区域锚索加固研究及应用

为研究动载扰动巷道帮部补打锚索对巷道围岩控制及冲击地压防治的效果,以某矿孤岛工作面矿震扰动巷道为研究对象,采用有限差分数值计算软件FLAC,研究了动静载力作用下常规锚杆支护和补打帮部锚索加强支护方式对巷道围岩的控制效果.研究结果表明:矿震扰动的参与使巷道围岩更易发生冲击破坏,围岩稳定状态随矿震能量增加而逐渐劣化;帮部锚...     

陈家沟煤矿冲击地压巷道支护抗震性能评估

基于冲击地压能量理论,推导冲击地压巷道在震源扰动时失稳冲击破坏的能量判别准则,提出冲击地压巷道支护能量评估方法,以支护系统吸收能量与冲击发生后巷道围岩释放能量为评价指标,对陈家沟冲击地压巷道支护能力进行计算评估.通过能量评估方法,结合陈家沟煤矿8514工作面巷道支护工程实践,假设发生最大能量为9.81×104 J矿震事...