“煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警”专题编者按

随着我国煤炭开采深度的不断增加,冲击地压、煤与瓦斯突出等煤矿典型动力灾害日益加剧,且难以准确监测预警。针对这一问题,多年来我国煤炭科技工作者进行了多角度探索和研究,在煤矿典型动力灾害发生机理、风险判识与监测预警方面取得了重要进展。本期第2~10篇论文基于“煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术研究”国家重点研发计划项目支持,阐述了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警关键技术研究进展,提出了冲击地压临界条件及评价方法,分析了煤与瓦斯突出致灾因素及预警指标,展示了煤矿复合动力灾害危险性实时预警平台。针对典型动力灾害风险精准判识及监控预警关键技术如构造应力区沿空巷道窄煤柱宽度优化、冲击危险评价的相对应力集中系数叠加法、矿井低频探地雷达天线性能改进、基于激光自稳频技术的分布式多点甲烷检测系统、基于变分模态分解及能量熵的微震信号降噪方法等进行了多角度探索与论述。本期“煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警”专题是对该领域科技创新成果与进展的集中展示,希望有益于促进煤矿典型动力灾害监测预警技术进步,提高矿井安全生产水平。     

煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论基础与关键技术

为提高钻屑法判定冲击危险性的精度, 基于钻屑法原理及评价指标, 对实际钻屑量数据进行拟合, 提出一种基于钻屑量界限方程的冲击危险性判定方法(以下简称“钻屑量界限方程方法”): 利用实际钻屑量自回归判定冲击危险性, 将钻屑法判定冲击危险性分区细化为冲击危险区、潜在冲击危险区和无冲击危险区。以古城煤矿3208工作面运输巷为工程背景进行了应用, 结果表明: 钻屑量界限方程方法与现场动力效应及微震监测指标判定结果相符, 可有效提高钻屑法判定冲击危险性的精度, 减少误判。

     

煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论基础与关键技术

煤岩层赋存条件决定了煤矿深部开采条件下煤岩动力灾害的发生机理更趋复杂、防控难度显著增大,如何解决煤矿深部开采煤岩动力灾害防控问题,直接影响我国煤矿的安全生产和能源的有效供给。针对"煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究"这一科学命题,基于冲击地压"三因素"机理和煤与瓦斯突出的综合作用假说,从煤岩动力灾害防控理论基础、关键技术和防控实践等3个方面,梳理澄清了煤矿煤岩动力灾害防控中的一些模糊概念,建立了用于统一描述冲击地压和煤与瓦斯突出发生机理的广义"三因素"("物性因素"、"应力因素"及"结构因素")理论,确定了我国煤矿典型冲击地压的4种类型(煤层材料失稳型、煤层结构失稳型、顶板断裂型、断层滑移错动型),分析了影响冲击地压和煤与瓦斯突出的主要因素,从思想认知、原则方法及技术核心等方面凝练了煤岩动力灾害多尺度分源防控技术,提出了深部开采冲击地压巷道"三级"吸能支护思想与成套技术,开发了煤与瓦斯突出井上下联合抽采防控技术和超高压水射流"横切纵断"防治复合煤岩动力灾害技术,并在现场开展了应用试验。煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论与关键技术的建立与完善,为我国今后煤矿煤岩动力灾害的防治提供了科学依...     

煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构

煤矿进入深部开采后,煤岩体物性、应力、瓦斯等因素发生显著改变,开采覆岩扰动范围及动静载荷显著增大,矿井群联动致灾效应与大型地质体控制效应显现,冲击地压、煤与瓦斯突出灾害并存甚至相互转化,煤矿深部开采煤岩动力灾害防控已成为当前亟待解决的问题。针对我国煤矿深部煤岩动力灾害孕灾条件复杂且尚不清楚,相互转化机制不清,快速探测手段、科学有效的防控技术与装备缺乏的现状,凝练了深部开采煤岩动力灾害防控的关键科学技术问题,提出了多尺度分源防控深部煤岩动力灾害的思想,确定了深部开采煤岩动力灾害防控技术的攻关方向,构建了煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构,最终将形成我国煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术体系,为我国煤矿深部开采冲击地压、煤与瓦斯突出和复合煤岩动力灾害有效防控提供理论支撑和技术途径。     

“深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论”专题学术论文编者按

深部煤与瓦斯共采是提升我国煤矿安全高效洁净生产水平的重要途径,对优化我国能源结构、减少温室气体排放具有十分重要的意义。目前,我国煤与瓦斯共采的工程实践规模日趋扩大,构建煤与瓦斯共采基础理论体系可以为我国煤与瓦斯共采工程实践提供有力的理论支撑。以谢和平院士为首席科学家的国家973 计划项目“深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论”,自2011 年立项以来,围绕深部开采条件下煤与瓦斯共采核心科学问题开展了研究,取得了显著的研究进展和丰富的研究成果。本期前25篇论文是从该项目2014年研究进展中,遴选出的部分有代表性的研究成果。研究成果涉及了不同瓦斯压力原煤全应力应变过程中渗透特性,煤粒瓦斯放散的数学模型、实验和数值模拟研究结果,采动过程中煤层支承应力与瓦斯抽采流量及瓦斯流动的耦合效应,深部煤与瓦斯共采中的优质瓦斯通道及其构建方法,单一低透气性煤层卸压增透技术作用下煤体裂纹扩展,煤与瓦斯共采评价指标体系及评价模型的建立等重要研究进展。希望本期“深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论”专题学术论文能够为从事同类研究的学者提供帮助和借鉴。     

“煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术研究”“煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究”专辑特邀主编致读者

<正>近年来我国煤矿安全状况持续好转,煤矿百万吨死亡率已从2005年的2. 711下降到2019年的0. 083,但煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出及其复合灾害仍时有发生。冲击地压、煤与瓦斯突出发生机理复杂,通常没有明显宏观前兆,难以准确预警。同时,深部开采地应力明显增高,煤岩体物性、应力、瓦斯等因素发生显著变化,煤岩变形破坏呈现出典型的脆延转化、大变形和冲击性,开采覆岩扰动范围及动静载荷显著增大,矿井群联动致灾效应与大型地质体控制效应显现,冲击地压、煤与瓦斯突出灾害并存甚至相互转化。     

“深部复合地层围岩与TBM的相互作用机理及安全控制”专题学术论文编者按

与传统的钻爆法相比,TBM工法掘进效率高,施工质量好,当地下工程长径比达到800以上时造价较低,施工过程有利于环境保护,因而在深埋长大隧道和矿山巷道建设中已得到越来越广泛的应用。然而,由于深部高应力和复杂的地质条件,TBM掘进过程中容易发生挤压大变形、卡机等工程灾害和刀盘刀具异常磨损、主轴承损坏等机器异常现象。国家重点基础研究发展计划(973)项目“深部复合地层围岩与TBM的相互作用机理及安全控制”,自2014年立项以来,紧紧围绕深部复合地层围岩与TBM的相互作用关键科学问题开展研究,取得了系列研究进展和一批成果。本期前11篇论文是从该项目2014年1月至2015年5月研究进展中,遴选出部分有代表性的研究成果,主要涉及深部复合地层TBM破岩机理及可掘性评价方法、深部复合地层挤压大变形与TBM卡机致灾机理、深部复合地层TBM系统适应性评价决策等。希望本期论文能够为从事相关研究的学者和工程技术人员提供借鉴和参考。     

“深部井巷围岩控制及煤炭高效回收工程科技论坛”专题学术论文编者按

我国煤炭资源开发不断向深部发展,深部井巷围岩控制理论与技术对保障我国深部煤矿安全、高效建设与生产具有重要意义。煤炭高效回收是提高煤矿效益、煤炭资源回收率及延长矿井服务年限的关键技术。本期前16篇论文是从“深部井巷围岩控制及煤炭高效回收工程科技论坛”提交的论文中,优选出的有代表性论文,研究内容涉及深部与复杂困难巷道、硐室围岩变形破坏机制、围岩控制理论及控制技术;深部采场矿压显现特征,采煤工作面煤壁破坏机理与防治;深井无煤柱煤与瓦斯共采技术;冲击地压危险性评价,冲击载荷作用下煤岩体破坏特征,深部冲击地压巷道围岩控制技术等。希望本期“深部井巷围岩控制及煤炭高效回收工程科技论坛”专题学术论文能够为从事该领域研究的学者提供参考与帮助。     

深部开采动力灾害综合防治技术研究

该文通过分析口孜东矿111303工作面动力灾害情况,针对高地应力低瓦斯工作面提出采用"采前瓦斯预抽达标、注水降低煤层冲击倾向性有效"的复合区域措施,证明了"预抽瓦斯+深孔注水"是防治煤岩瓦斯动力灾害最有效的方法。对矿井深部开采动力灾害(主要包括煤与瓦斯突出、冲击地压)治理有参考作用。     

深部矿井煤岩瓦斯动力灾害鉴定

矿井进入深部开采后,动力灾害发生机理更趋复杂,采用传统煤层突出危险性鉴定方法具有局限性。针对千米深井试验区情况,采用单项指标法对13-1煤层进行突出危险性鉴定,13-1煤层首采区经鉴定为非突出煤层;该煤层具有强烈冲击倾向性;试验矿井灾害防治不仅要考虑瓦斯治理,还要考虑冲击地压防治。     

深部开采煤岩动力灾害综合预警指标建立及效果考察

为解决现有煤岩动力灾害预警系统准确率低、易漏报等问题,根据煤岩弹塑脆性模型,建立基于电磁辐射、微震和声发射的煤岩动力灾害综合指标分级预警模型,采用自主研发的ZDKT-1煤岩动力灾害实验模拟系统预测平顶山矿区深部开采煤岩动力灾害危险性,对综合指标分级预警模型进行效果考察.测试结果表明,综合指标明显优于各单项指标,综合指标预测灾害危险率减小至39％,预测灾害危险准确率增大至71％,提高了预测预报的准确性和可靠性.     

“三下区域”开采技术的应用

经过近70 a的开采,同家梁矿现在已进入衰减期,为了延长矿井寿命,对残采及边角等复杂区域进行了“三下开采”的探索性开采。遇到约10多条断层组成的断层破碎带,采用超前穿岩芯管配U29拱型棚的支护方式,快速过断层带;对中间断层带前后大、小面之间无法综采区域,采用炮采刀柱方式开采,同时在放顶上采用工作面浅眼和两顺槽深孔爆破相结合的工艺,做到了既精采、细采,又不影响地面建筑物,社会效益和经济效益显著。     

“西部煤炭高强度开采下地质灾害防治理论与环境保护基础研究”专题

我国东部矿区煤炭资源逐渐枯竭,开发重心已向晋陕蒙宁甘等西部地区转移。由于西部特有的自然地理、地质结构和生态环境,在大规模、高强度煤炭开采中存在采区大范围顶板切落和突水溃沙等重大地质灾害与水土流失等环境损伤问题;因此研究形成防治重大地质灾害和环境损伤的采煤理论与方法,对于实现我国西部煤炭安全高效开采与环境保护的协调发展、保证我国能源的长期稳定供给具有重要意义。本期前31篇论文是从国家973计划“西部煤炭高强度开采下地质灾害防治理论与环境保护基础研究”（项目编号：2013CB227900）项目研究进展中优选出的部分代表性论文,研究内容涉及西部侏罗-白垩系富煤区域地层结构和水沙动力学特征、采动岩体运动与水沙两相渗流的稳定性、高强度开采下重大地质灾害和环境损伤的形成机理及其预测与评价方法、防治重大地质灾害和环境损伤的采煤理论与方法等。希望本期“西部煤炭高强度开采下地质灾害防治理论与环境保护基础研究”专题学术论文能够为从事该领域研究的学者提供参考与帮助。     

煤矿深部开采冲击地压灾害结构调控技术架构

为实现上覆煤柱影响区冲击地压的整体可控性,提出利用复合弱化结构进行冲击能量耗散,在阐述复合弱化结构定义、分类和弱化度及上覆煤柱导致冲击地压发生机理的基础上,分析了复合弱化结构的防冲力学机制。结果表明：弹性能指数、冲击能指数随复合弱化结构弱化度的增大而降低;复合弱化结构将冲击危险区域的弹性能分段耗散,能有效改变煤岩弹性能释放模式;对既定的残留煤柱采用顶板(煤)预破坏措施实现冲击能量的耗散。在唐山矿煤柱区域进行了现场试验,采取整体耗能措施后,冲击危险区域的钻孔应力值和钻屑量均小于发生冲击地压的临界值,保证了煤柱区的安全生产。

     

煤矿深部开采冲击地压灾害结构调控技术架构

煤矿冲击地压灾害频发依然严重制约煤炭深部安全高效开采,冲击地压灾害研究需将发生机理、监测预警及综合防治相互关联,建立深部开采冲击地压综合防治体系.以冲击地压防治为目的,提出了冲击地压灾害防治的结构调控理念、科学内涵以及冲击地压结构调控技术路线,分析认为煤岩体结构是导致围岩应力场演化的根源,系统结构变化是引起应力变化及转...     

深部矿井煤岩瓦斯复合动力灾害研究现状与展望

简要介绍了国内外学者在矿井煤岩瓦斯复合动力灾害方面的研究成果和主要观点,归纳总结了煤岩瓦斯复合动力灾害的致灾机理、孕育条件、预测预报等,并在此基础上对我国深部矿井煤岩瓦斯复合动力灾害防控方面亟待解决问题进行了展望。     

复杂地质构造区煤岩动力灾害机制与防控研究

为了防控复杂地质构造区煤岩动力灾害,以陕西彬长胡家河煤矿为工程背景,分析了复杂地质构造区工作面开采过程中的微震活动时空分布特征,研究了该条件下的煤岩动力灾害主控因素及发生机制,并提出了针对性的防控措施。结果表明:高能量微震主要发生在A3向斜轴部附近,高能量微震发生前,微震频次持续上升但能量表现为"平静"或下降趋势,可作为预测复杂地质构造区煤岩动力灾害发生的前兆信息;复杂地质构造区微震活动及动力显现的主控因素以构造应力为主导,同时受到回采扰动、多巷煤柱和采空区覆岩结构的耦合影响;工作面低速平稳推进配合超前卸压可有效防控该条件下的煤岩动力灾害。     

变条带开采技术在“三下”压煤开采中的应用

 摘要：文章针对我国东部某煤矿构造复杂、煤层赋存不稳定又是建筑物及水体下压煤开采等地质采矿条件下,应用变条带工作面开采技术进行成功开采的实例,进行了分析和总结,得出该区域地面建筑物不出现明显损坏条件下的条带设计参数和条带开采地表移动规律,并且将变条带开采作为该矿井的主要采煤法进行了推广应用。     

崩落法开采“悬留”大型采空区协同处置技术研究

无底柱分段崩落法主要通过崩落上覆围岩处理采空区，对于未冒落充填完毕的大型“悬留”采空区，其地压安全问题未得到根本解除。该类空区的体积范围达到一定程度后，易发生突然冒落失稳，产生较大冲击地压，对于井下人员及生产安全造成了重大威胁。以谢尔塔拉铁锌矿的“悬留”大型采空区为例，构建了一整套协同处置技术，分别采用数值模拟方法对其稳定性进行分析，采用封闭加井筒泄压方式处理采空区，同时构建了先进的微震监测网络，对岩层移动及采空区稳定性进行全天候跟踪监测分析和预警，实现了对空区的有效管控，对于存在该类“悬留”空区的矿山提供了可行的处置方案。