深井巷道底板动静载耦合诱发冲击矿压机理及控制研究

针对深井巷道底板动静载耦合诱发冲击矿压问题,通过理论分析获得动静载组合作用诱发冲击矿压力学条件,利用数值模拟分析了不同侧压系数条件下动静载组合作用对底板应力场、位移场、塑性区的影响规律,结合付村煤矿1108工作面微震监测数据,验证了高水平应力是决定底板冲击矿压强度的基本条件,动载起到了诱发冲击和提高冲击强度作用,并将此类冲击矿压控制措施分为近场卸压、远场高强度支护、降低动载传递三个方面。     

深部矿井上山保护煤柱区冲击矿压分析及治理研究

基于某矿-1 000 m西一上山采区专用回风道发生的冲击矿压,对其进行冲击危险分析,探索深井上山保护煤柱区冲击矿压发生机理,同时建立冲击矿压弱化控制技术体系。结果表明:工作面冲击危险影响因素主要为孤岛煤柱、大采深、厚硬顶板、强冲击倾向性、巷道交叉及矿震扰动等;上山煤柱区覆岩运动剧烈、应力高度集中,静载主导-动载诱发的动静载叠加导致冲击破坏;基于微震及应力在线监测提出顶板深孔爆破、大直径钻孔及优化支护等措施,现场实践良好。     

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。     

矿震诱发深井下山保护煤柱区冲击矿压研究

基于FLAC2D数值模拟软件对矿震扰动诱发深井下山煤柱区巷道冲击进行研究。结果表明:随着下山保护煤柱形成"孤岛"结构,矿震扰动下巷道围岩应力、位移及塑性区不断增加,越易发生冲击破坏;下山煤柱区高静载起主导作用,强动载只是诱发作用;通过现场矿震规律分析验证了结论的合理性。     

动静载叠加扰动下碎裂煤巷围岩冲击破坏研究

羊场湾煤矿1306孤岛工作面运输巷受顶板强烈动载扰动作用发生巷道冲击地压,通过现场调研、理论分析、微震监测和数值模拟等手段,对动静载叠加作用对巷道围岩的影响进行了研究。基于微震监测系统对冲击地压发生期间顶板大能量震动事件定位为依据,根据具体地质条件应用数值模拟方法建模分析了不同强度动载扰动作用下巷道围岩应力和位移演化规律。研究结果表明,随着动载震源与巷道距离的增加,巷道顶底板受到的影响效果急剧衰减,而两帮受到的影响效果成比例下降。     

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。     

动静载耦合作用下工作面冲击危险的数值模拟分析

针对工作面开采过程中经常受到爆破震动、顶板垮落以及远场地震等动力扰动作用,开采过程中易诱发冲击危险。基于FLAC~(3D)数值模拟软件,以工作面静载20MPa、28MPa、36MPa为基础,在此基础上分别施加扰动应力波峰值为10MPa、20MPa、30MPa的动载作用,分析动静载耦合作用下工作面顶底板垂直应力与位移的演化规律。结果表明:静载相同时,随着动力扰动荷载的增加,垂直应力与位移受到动力扰动的现象越明显,顶底板均易出现扰动失稳;随着扰动循环次数的增加,顶底板垂直应力呈现出逐渐降低的趋势,表明煤体的损伤程度逐渐增大。同一动载扰动时,随着静载的增大,工作面顶底板的垂直应力与位移也呈现出逐渐增大的趋势,从而发生冲击危险的可能性越大。     

深部巷道群高静载低扰动冲击矿压发生机制及防治技术

针对深部巷道群高静载低扰动下突发性冲击矿压的难题,以某煤矿一盘区大巷为工程背景,通过力学分析和数值模拟研究了深部巷道群高静载低扰动诱发冲击矿压的发生机制。结果表明：大巷之间相互影响,导致巷道间煤柱区域应力叠加,高能量积聚在巷道顶底板内;巷道围岩蠕变使得围岩的长期强度降低,引起诱发冲击矿压的临界应力值降低,进而高静载水平下较小的动载扰动即可使叠加应力达到岩体承载极限,在能量达到岩体破坏的最小所需能量时,岩石产生自发性破坏,破坏后巷道围岩系统中的弹性余能转化为动能,造成巷道群冲击矿压发生。根据一盘区巷道群应力和能量分布区域和集中程度,采用大直径钻孔卸压和爆破卸压措施后,降低了应力和能量集中水平,卸压效果明显。     

煤矿冲击地压巷道支护-卸压协同控制技术

在分析深井煤层巷道冲击地压发生原因的基础上提出了支护-卸压协同控制技术,同时进行FLAC~(2D)数值模拟,并对某矿7121工作面实施工程实践。结果表明:高静载主导-强动载诱发下的动静载叠加诱冲机理;锚杆内强支护、大直径钻孔软弱结构、原岩应力外强结构体为一体的支护-卸压协同控制技术能够提高巷道的抗冲、减冲、防冲能力;支护-卸压协同应力峰值30.24 MPa、两帮收敛量45.52 mm、塑性区最大,冲击危险性最小;现场巷道围岩变形监测效果良好。     

厚煤层开采动载扰动底板冲击危险演化规律

为了研究动载扰动下厚煤层底板冲击地压发生的原因,结合某矿3下02工作面具体开采条件,运用FLAC3D数值模拟软件,分析了扰动应力波峰值强度分别为10,20,40,60 MPa时巷道底板的塑性区、垂直应力的分布规律,再现了动载作用下巷道底板的破坏过程,揭示了不同应力波峰值强度扰动诱发厚煤层底板冲击的动态响应规律。结果表明:随着扰动应力波峰值强度的增加,底板岩层的破裂范围逐渐扩大,应力集中程度逐渐升高,从而发生冲击地压的概率也就相应的增大。     

动静载叠加扰动对巷道围岩的冲击破坏

针对某矿1306工作面下顺槽冲击地压事故,以SOS微震监测系统监测定位到的大能量震源为依托,通过FLAC2D数值模拟软件根据具体地质条件建立模型,分析研究了静载荷动静载叠加作用下巷道顶底板应力和位移的演化规律。变换震源位置来模拟研究不同动静载叠加强度下巷道围岩力学响应特征,结果表明：随着震源的远离,对巷道顶底板影响效果急剧衰减,对两帮影响效果成比例下降。研究旨在对受动静载叠加扰动作用巷道围岩稳定性改善提供一定的控制理论和现场指导意义。     

千米深井孤岛煤柱工作面沿空掘巷冲击地压控制技术研究

以张双楼矿7121工作面为背景,分析了孤岛工作面沿空掘巷应力分布特征及冲击地压发生原因,提出了巷道控制技术,并进行了FLAC数值模拟分析。孤岛工作面应力分布基本呈"马鞍形",应力集中系数k约为3,高静载主导-强动载诱发的动静载叠加诱冲机理;巷道采用高强锚杆内强支护体、大直径钻孔弱结构体、原岩应力外强结构体为一体的支护-卸压协同控制技术;支护-卸压协同控制时应力峰值58.66MPa、两帮收敛量57.76mm、右帮塑性区范围较大,冲击危险性小;现场巷道变形监测效果良好。研究成果为深井煤岩强动力灾害防治提供借鉴和指导。     

巷道底煤厚度对矿震诱发底鼓冲击研究

基于FLAC2D数值模拟软件分析巷道底煤厚度对矿震诱发底鼓冲击的动态响应规律。结果表明:随着底煤厚度的增加,动力扰动下巷道底板水平应力峰值先升高后降低并逐渐向底板深处转移,底板垂直位移峰值、塑性区深度及最大能量密度均呈非线性增加,且增加趋势越来越弱,并趋于稳定;动力扰动下特厚煤层巷道极易发生底鼓冲击动力灾害,动力效应明显;现场矿震演化规律分析验证数值模拟结论的合理性。研究成果可为特厚煤层巷道底冲击矿压防治提供借鉴。     

砾岩厚度对底板冲击矿压灾害的影响规律研究

针对巨厚砾岩下跃进煤矿发生的多次冲击矿压现象,采用数值模拟方法研究了巨厚砾岩对底板冲击矿压灾害的影响规律。研究表明上覆砾岩厚度越大,相同动载荷扰动后巷道底板垂直应力和水平应力降低幅度越大,动载扰动时底板位移升高幅度越大,底板速度越强烈,巷道冲击破坏越严重。     

综放大煤柱临空侧巷道密集区冲击地压机制研究

冲击地压矿井临空侧采动巷道大多存在冲击危险,针对综放大煤柱临空侧巷道屡次冲击的工程难题,结合"两带"高度,建立考虑开采沉陷参数的临空侧向覆岩结构模型,理论估算侧向支承压力大小,明确临空巷静载力源及控制矿压的亚关键层;根据采动矿压监测的顶板破断动载特征,利用理论和数值模拟揭示破断动载叠加多因素静载后临空侧巷道应力和能量的激增机制,得出结论:侧向覆岩结构传递的增压载荷导致侧向煤柱区域应力、能量基础值大幅提升,多因素累积叠加后易诱发冲击;坚硬顶板破断动载与多因素静载叠加后,超前距20～40 m内回风巷帮部垂直应力峰值陡升至56～63 MPa,相比纯静载提高约23％,弹性能密度峰值激增至3.0～3.5 MJ/m3,相比纯静载提高约40％,动载对能量的增益作用大于应力;动静载叠加后超前距0～40 m范围内回风巷帮部冲击驱动区发生了卸荷释能,证明帮部煤岩体发生冲击破坏,与实际现场相符.基于冲击机制,提出并论证了针对动静载荷的优化防治措施,为相似工程防冲难题提供借鉴.     

综放大煤柱临空侧巷道密集区冲击地压机制研究

冲击地压矿井临空侧采动巷道大多存在冲击危险,针对综放大煤柱临空侧巷道屡次冲击的工程难题,结合"两带"高度,建立考虑开采沉陷参数的临空侧向覆岩结构模型,理论估算侧向支承压力大小,明确临空巷静载力源及控制矿压的亚关键层;根据采动矿压监测的顶板破断动载特征,利用理论和数值模拟揭示破断动载叠加多因素静载后临空侧巷道应力和能量的激增机制,得出结论:侧向覆岩结构传递的增压载荷导致侧向煤柱区域应力、能量基础值大幅提升,多因素累积叠加后易诱发冲击;坚硬顶板破断动载与多因素静载叠加后,超前距20～40 m内回风巷帮部垂直应力峰值陡升至56～63 MPa,相比纯静载提高约23％,弹性能密度峰值激增至3.0～3.5 MJ/m3,相比纯静载提高约40％,动载对能量的增益作用大于应力;动静载叠加后超前距0～40 m范围内回风巷帮部冲击驱动区发生了卸荷释能,证明帮部煤岩体发生冲击破坏,与实际现场相符.基于冲击机制,提出并论证了针对动静载荷的优化防治措施,为相似工程防冲难题提供借鉴.     

深井上、下山煤柱区巷道围岩响应特征数值模拟及其微震监测

深井上、下山煤柱区巷道围岩应力高度集中,矿压显现剧烈,是煤矿动力灾害多发区。通过FLAC2D数值模拟软件及微震监测等对深井上、下山煤柱区巷道围岩响应特征进行研究。针对不同的开采阶段及矿压显现,提出针对性的煤柱区动力灾害控制措施。     

基于FLAC3D的冲击矿压围岩变形规律研究

为了研究冲击矿压围岩变形规律,确保矿井安全生产,采用理论分析和数值模拟等手段,理论分析了动静载荷叠加作用下诱发的巷道冲击破坏形式以及巷道冲击破坏必要条件,数值模拟了不同底板条件下巷道围岩塑性区的变化规律、不同水平应力条件下巷道围岩的水平应力分布以及不同能量的动载下巷道帮部水平速度态响应特征。研究为冲击矿压防治技术的制定提供了理论基础。     

矿震扰动作用下巷道冲击破坏研究与防治

基于某矿1306工作面运输巷冲击地压事故,结合SOS微震监测系统矿震能量统计结果,分析研究了静载荷和动静载叠加作用下巷道围岩破坏规律。结果表明:随着震源的远离巷道,底板所受扰动影响急剧衰减,而两帮所受扰动影响成比例下降。研究成果为受矿震扰动巷道围岩控制提供了一定的指导。     

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。