陶庄煤矿的冲击地压与构造应力

在总结研究成果的基础上,通过地表岩层移动观测、巷道变形与破坏、区域古构造形迹、新构造形迹及近代地震调查,从构造应力角度探明了陶庄煤矿冲击地压与构造应力的关系及冲击地压的力源问题。分析研究结果表明,陶庄煤矿井田区域内存在着古今构造应力场,并显著影响冲击地压的发生。根据研究结果,在开采实践中注意工作面推进方向与构造应力方向的关系,得取了较好的效果。     

构造应力下坚硬底板冲击地压机理分析

在存在向斜地质构造的区域进行煤炭开采,水平构造应力往往远超过垂直应力,并对底板型冲击地压的发生起着至关重要的作用.坚硬底板由于其强度高,抗变形能力强,易于积聚大量的弹性弯曲变形能.构造应力的作用为冲击地压的发生提供了必要的力源条件,而坚硬底板的存在则保证了大量弹性变形能的储存,二者的结合促使发生底鼓型冲击地压.     

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。     

高构造应力下冲击地压微震时空特征与前兆

针对煤矿冲击地压的预测难题,利用微震监测数据,对华亭煤田250105工作面回采过程中微震事件能量与频次关系、空间分布特征进行分析,探讨该工作面冲击地压机制及前兆特征。研究表明:250105工作面冲击地压分布在工作面超前220 m范围内煤层和底板,在沿采空区煤柱侧分布较多,主要是由高水平构造应力与工作面超前支承压力和残余支承压力叠加引起坚硬煤层或底板破断所致。冲击地压前微震能量和频次存在着"峰值-降低-升高-冲击"的模式,对微震点空间分布进行主成分分析发现第一主分量与工作面推进方向一致,第一主分量方差贡献率大幅下降并低于55%可视为冲击地压发生前兆之一。     

钻孔冲击实验与冲击地压应力判据的探讨

概述了国内外钻孔冲击实验的情况,介绍了钻孔冲击实验的方法．对3个矿的钻孔冲击实验进行了分析,结果表明存在一个临界压力,可作为发生冲击地压应力条件的判据;随着施加在煤样上的载荷增加,钻孔冲击次数显著增多,冲击强度增大．用RFPA软件对钻孔冲击进行了数值模拟,验证了钻孔冲击实验得出的临界压力,并研究了钻孔冲击前、后的应力降及声发射等特征．对钻孔冲击的原理进行了探讨．现场冲击地压显现的应力条件符合钻孔冲击实验得出的判据．     

构造对冲击地压的控制作用及案例分析

从构造形成机制的角度分析构造区的应力环境，并运用矿山压力理论、数值模拟等探讨断层、褶皱、相变诱发冲击地压的机理，并对典型案例进行分析。得出结论：断层、褶皱、相变等构造诱发冲击地压的机理为构造应力与采动应力叠加；将褶皱各部位的受力状态分为5个区，其中向斜轴部、背斜轴部、翼部是冲击地压的易发区；避免应力叠加是防治构造控制型冲击地压的有效途径。     

构造应力作用下巷道底板冲击破坏的原因分析

针对在褶皱区构造应力作用下回采巷道底板冲击频发的问题,基于底板冲击发生的力学条件,以某矿250206上工作面为工程背景,借助弹性薄板理论对回采巷道在水平构造应力作用下底板冲击发生的原因进行了分析,建立了底板失稳破坏的力学模型,通过理论推导计算出了底板发生失稳破坏的临界载荷表达式,并给出了底板所受水平应力的计算公式,最后对底板冲击危险性系数进行了修正。     

冲击地压应力波作用机理

针对动载扰动下大型冲击地压的发生及演化过程难题,分析了采场动载应力波的产生机制,研究了动载应力波与静载耦合作用下煤岩体冲击破坏规律,从应力波的产生、传播与致灾过程详细解释了大型冲击地压演化机理。研究结果表明,采场高位坚硬顶板断裂与深部应力集中区煤体破断所产生的动载应力波幅值随着煤岩体强度增大而升高,应力波持续时间随着破断尺度增大而增大,说明在煤矿开采过程中,顶板或煤体强度越高、破断尺度越大,越容易产生大能量的动载应力波;动静载耦合冲击破坏实验结果证实,高静载、高动载应力波、静载与应力波耦合加载条件均能使煤岩体发生冲击破坏,且随着轴向静载的增大,试样发生冲击破坏所需的临界动载应力波强度先增大后减小,其上升段与下降段的分界点约为单轴抗压强度的50%。当静载达到该临界点时,煤体发生冲击破坏所需的动载应力波强度急剧减小,说明高地应力环境煤岩体受到动载应力波的影响更为显著;现场大尺度模拟分析表明,动载应力波作用下,采场煤岩体塑性破坏区范围逐渐增加并主要集中在巷道两侧,且随着应力波幅值和持续时间增加,塑性破坏区范围不断扩大;研究提出了冲击地压应力波作用机理:动载扰动下冲击地压是静载、动载应力波与煤...     

高地压复合构造区煤层矿井冲击地压规律分析

随着我国煤炭资源的逐年开采,浅部资源已逐渐枯竭,新建矿井的开采深度越来越大,冲击地压灾害日益凸显。研究探索煤矿冲击地压发生的规律,对防冲工作具有重要指导意义。文章结合陕西孟村煤矿,分析了高地压复合构造区煤层矿井冲击地压发生规律,为类似地质条件矿井的防冲工作提供了借鉴。     

煤矿褶皱构造区冲击地压机理研究及防治实践

针对胡家河煤矿402103工作面褶皱构造区开采期间煤岩应力异常和强矿震事件频发问题,基于数值模拟和现场实测方法分析了褶皱构造区工作面回采期间顶板、煤层和底板的应力演化特征,探讨了褶皱构造区冲击地压发生机理。模拟结果表明:工作面开采至褶皱构造不同区域时,褶皱构造区垂直、水平应力场分布具有明显的分区特性;褶皱构造区工作面开采时,水平应力起主控作用,开采至背斜轴部区域时顶板围岩稳定性降低,开采至向斜轴部区域时底板围岩稳定性降低,开采至翼部区域时煤层稳定性降低;基于煤矿褶皱构造区冲击地压发生机理,制定了402103工作面巷道围岩系统的顶板、煤层定向爆破释能降载防治方案,卸压后日均微震总能量下降47.6%,日均微震总频次上升16.7%,有效降低了工作面冲击危险性。研究结果对煤矿褶皱构造区工作面开采动力灾害防范具有一定借鉴意义。     

不同加载条件下花岗岩声发射特征及其岩爆倾向性研究

试验现场取样并利用TYP-500型三轴试验机进行岩石力学实验,借助PCI-2声发射系统记录试件的加载破坏全过程的声发射响应信号;通过声发射振铃计数分析单调加载不同围压、循环加卸载不同围压、单轴不同加载以及三轴不同加载条件下花岗岩声发射特征,发现常规单轴和常规三轴试验岩样声发射规律基本一致;大致均在峰值应力强度的90％左右,声发射累计计数突然增大,可将此作为判定花岗岩破坏的前兆特征;在室内岩石力学试验与现场调研的基础上,基于全应力-应变图,结合冲击能系数判据,确定金源矿区的岩爆倾向性,且用单轴循环加卸载方式来快速判断岩石岩爆倾向性具有一定的参考价值,并可在进一步的研究中将其应用到现场预测当中。     

高海拔矿区地应力测量与岩爆倾向性评价

采用套孔应力解除法和空心包体三轴应变计,完成甲玛矿区井下4个水平的地应力测量,获得8组三维地应力状态数据,揭示了矿区地应力场的分布规律,建立了矿区地应力场模型。根据地应力实测数据,采用多角度、多重判据对围岩岩爆倾向性进行评价。结果表明：甲玛矿区地应力以水平构造应力为主导,属构造应力场型矿区,地应力量级属中等,井下围岩岩爆倾向性为弱~中等。研究成果对指导矿山井巷工程设计、采场布置、支护参数优化及地压灾害防控等具有重要参考价值。     

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。     

低加载率范围内煤岩组合体冲击倾向性的率效应试验研究

以煤岩组合体为研究对象,进行4种不同量级下的低加载率(10-3~100MPa/s)单轴压缩试验,以抗压强度、弹性模量、冲击能量指数、弹性能量指数、归一化动态破坏时间为参量,考察加载率对煤岩组合体冲击倾向性的影响。研究结果表明:随着加载率的提高,煤岩组合体的承载失效结构由煤体转化为煤岩组合体,并存在明显的临界加载率现象。煤岩组合体的抗压强度和弹性模量在临界加载率以下保持在较低值,在临界加载率以上保持在较高值;冲击能量指数随着加载率的提高先增加后减小,在临界加载率附近出现最大值;弹性能量指数随着加载率增加而提高;修正动态破坏时间在临界加载率之前降低幅度较快,在临界加载率之后缓慢下降然后趋于平稳;综合判断煤岩组合体的冲击倾向性随加载率的增加划分为两个比较明显的水平,并且在临界加载率附近表现出较为明显的冲击倾向性突变。临界加载率效应可为现场条件下确定合适的工作面推进速度提供参考。     

Mechanics analysis on the conditions of rock burst occurrence in the coal mass of roadway rib

According to the rock burst features occurred in the coal mass of roadway rib in one mine, the mechanics model of coal mass and roof structure system along the edge of goaf was founded to analyze the stress of roof rock layer, so the subside curve of roof rock layer was deduced. Furthermore, the stability of coal and rock system were analyzed, the critical load and critical resistance zone were used to judge the danger degree of rock burst occurrence. The influence of coal mass strength, brittleness degree, coal seam thickness, roof thickness, suspending length, equivalent shear module on the critical load, critical resistance zone was confirmed. So the rock burst occurrence conditions of coal mass in roadway rib mainly depend on mining depth, coal seam thickness and hard roof and floor, which are decided by the above studies, and successfully applied in prediction and prevention of rock burst in this mine. Supported by the Natural Science Fund of Liaoning Province(20042176)     

冲击地压的应力增量预报方法

采用覆岩空间结构运动理论预测了兖州煤业股份有限公司南屯煤矿9303孤岛放顶煤工作面的岩层运动规律,确定了冲击危险区和危险程度,并对冲击危险区域进行了卸压预处理。在此基础上,在危险区采用钻孔应力增量、钻屑量和钻屑过程中的动力现象为主要指标的冲击地压应力增量预报方法,对工作面可能发生冲击地压的位置进行了准确的预测预报。由于提前做好了预先卸压、监测检验和防护,在预测区域内发生2.6级矿震时,成功避免了矿震诱发的冲击地压灾害,实现了有震无灾的控制目标。     

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。     

断层活化的地应力判别准则及诱发冲击地压的典型微震特征

采用Anderson断层模型,推导得出了煤矿井下断层区域应力累积水平的计算指标μm,该指标只与实测最大和最小主应力有关,μm值越大表明区域应力累积水平越高,当μm值达到断层摩擦极限状态或亚摩擦极限状态的应力累积水平μ0时,将可能引起断层冲击地压的发生。通过对40个矿井、120个测点的地应力数据分析表明,采动作用下诱发断层冲击地压的概率和强度与矿井地应力类型、采深H和μm值存在密切关系:地应力类型为σVσHσh方位,即使H和μm达到很大也不会发生;只有地应力类型为σHσVσh和σHσhσV时才有可能诱发断层冲击地压,且相比σHσVσh,地应力类型为σHσhσV所需的临界值H0和μ0更小。根据龙家堡煤矿地应力测试结果,判定该矿具备断层冲击地压发生危险。根据微震监测数据的分析,提出了断层冲击地压发生的4典型微震特征,即微震事件的高能特征、丛集现象、前震-主震-余震序列和上盘效应。