大空间结构区采区煤柱冲击地压机理与防控技术

为降低采区煤柱区域冲击动力显现频率和程度,提出深井采区煤柱存在刚性核体、冲击核体和柔性层,研究了煤柱中冲击核体特征和变化规律,揭示了深井采区煤柱冲击地压发生机理。构建了深井采区煤柱冲击地压防范、监测预警、治理防护的技术体系,进行了现场实践应用、效果检验,防控技术降低了煤柱区域动力显现频率和程度,有效地消除了深部采区煤柱区冲击地压的发生。     

赵楼煤矿首采区冲击危险性评价与防冲设计优化研究

赵楼煤矿首采区域地质构造较为复杂,埋深较深,具有冲击危险性。从开采深度、顶板岩层结构特征、地质构造、煤层的物理力学属性和开采因素等各方面分析了首采区冲击危险性影响因素,确定了矿井首采区冲击危险性区域划分。根据冲击危险性区域提出了首采区冲击危险监测及解危防治方案,并研究了工作面参数优化设计,分别确定了工作面护巷煤柱宽度,工作面长度、开采高度、布置原则和接替顺序。     

冲击地压矿井采区下山保护煤柱合理宽度研究

留设合理宽度的采区下山保护煤柱是防范采区下山发生冲击地压的关键。为探讨冲击地压矿井采区下山保护煤柱宽度的确定方法,以李楼煤矿采区下山保护煤柱合理的宽度确定为工程背景,运用矿压理论研究了工作面向采区下山推采过程中覆岩运动规律、支承压力演化特征、冲击地压类型及其发生机制,分析了现场工作面推采过程中的微震监测数据和应力动态监测数据,综合确定了李楼煤矿工作面采动影响范围,提出了以防范各类冲击地压为原则的采区下山保护煤柱宽度的综合确定方法,并进行了工程验证。结果表明:①随着工作面向采区下山推进,采区下山保护煤柱宽度逐渐减小,工作面超前支承压力与采区下山侧向支承压力及两翼工作面超前支承压力将发生叠加、集中,震动附加应力与采区下山侧向支承压力叠加程度逐渐增大;②采区下山可能发生静动载叠加型、应力叠加型和蠕变型等3类冲击地压;③工作面超前、滞后采动影响距离为235 m,侧向采动影响距离为105.5 m;④从防范采区下山动静载叠加型、应力叠加型和延后蠕变型冲击地压的角度,综合确定李楼煤矿采区下山一侧保护煤柱宽度应不小于235 m。回采后期现场监测结果与收尾情况初步验证了当前李楼煤矿采区下山一侧保护煤柱240 m的合理性。     

边角煤柱区冲击与突出危险性预测技术

以平煤四矿丁九采区边角煤柱采面为研究对象,分析了其储量等基本情况,并进行了煤岩体冲击倾向性实验。通过边角煤柱采面冲击地压、煤与瓦斯突出及二者耦合危险性区域预测,危险等级预测B区威胁最大,依次为D、C、A区。通过测定边角煤柱采面瓦斯涌出初速度、钻屑量和区域瓦斯压力进行预测,验证了区域预测结果正确性和可靠性。     

特厚煤层综放工作面防冲煤柱宽度优化

为研究强冲击倾向性特厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度,对华亭煤矿250102工作面频发的冲击地压现象进行分析,发现250102工作面20m区段煤柱内存在着极易诱发冲击地压的应力条件,具有典型的煤柱型冲击地压特征。采用数值模拟和理论计算的方法对2501采区工作面区段煤柱合理宽度进行模拟计算。研究表明：当煤柱宽度为5m时,应力集中系数最低,为1.14,冲击危险程度较低|当煤柱宽度为20m时,应力集中系数达到最高,为3.40,冲击危险程度达到最大|当煤柱宽度为25m以上时,应力曲线由单峰转化为双峰,煤柱由小煤柱的屈服阶段进入到大煤柱的承载阶段,冲击危险程度在不断降低|理论计算得出适合2501采区工作面区段煤柱宽度为5.64m,与数值模拟结果较为吻合。2501采区后续工作面均采用6m宽的区段煤柱,经实践验证,该宽度的区段煤柱对华亭煤矿冲击地压的防治效果较好。     

唐口煤矿冲击地压诱因危险性分析与区域防冲技术

冲击地压是深井厚煤层开采所面临的难题。以唐口煤矿630采区为例,分析可能诱发603采区冲击地压的各类因素并进行危险性评价,采取有针对性的区域防治措施。结果表明,630采区3上煤层及其顶板具有弱冲击倾向性,其煤层厚度变化诱发冲击地压危险的影响较大;能够对630采区产生冲击影响的岩层有2层,为10.83m中粒砂岩和8.47m中粒砂岩。从防冲角度讲,唐口煤矿合适的区段煤柱为4m。     

相邻采空区煤柱宽度优化研究

针对兴隆庄煤矿七采区冲击地压防治的实际需要,采用理论分析和数值模拟研究了相邻采空区煤柱的采动应力变化规律和煤柱宽度优化。研究表明,开采过程中所留设的煤柱受两侧采空区的影响而产生压力叠加。通过研究不同煤柱尺寸条件下的煤柱应力分布规律,并结合理论研究和现场实际情况,得出了合理的煤柱尺寸,为兴隆庄七采区留设合理的采区隔离煤柱提供了科学依据。根据研究成果,在保证安全、减少煤炭损失的前提下,工作面留设了45m的采区隔离煤柱。     

坚硬顶板冲击影响因素分析及防治

分析了坚硬顶板冲击危险影响的自然因素和开采因素,探讨了坚硬顶板断裂诱冲机理和防治思路。以徐州矿务集团公司张双楼煤矿为例,介绍了通过在工作面停采煤柱区域进行坚硬顶板深孔爆破,降低了采区煤柱区域冲击危险性的典型案例。     

深部不规则孤岛煤柱区冲击地压机理及防治

针对某矿中央采区深部不规则孤岛煤柱区冲击地压防治问题,基于理论分析、数值模拟、现场实践等方法对煤柱区冲击地压机理进行研究,制定煤柱区煤岩强度弱化减冲方案.基于煤柱区空间覆岩结构特征,辨识不同煤柱尺寸下煤体支承压力分布形态,揭示深部不规则孤岛煤柱区煤体失稳冲击机理.研究表明,孤岛煤柱区在竖向剖面上为非对称"T"型覆岩结构...     

山寨煤矿锯齿状遗留煤柱群应力分布特征

为了进一步研究不规则遗留煤柱群应力分布特征,以山寨煤矿一、二采区的锯齿状遗留煤柱群为研究背景,基于“载荷三带”理论,建立了侧向支承应力估算模型,对锯齿状煤柱群不同区域的应力分布特征进行了分析;同时运用数值模拟研究方法,分析了锯齿状煤柱群形成前后,应力场的演化规律;通过定位分析锯齿状遗留煤柱群的微震监测数据,验证了理论推导和数值模拟的可靠性。研究结果表明：山寨煤矿锯齿状遗留煤柱群内部应力分布并不均匀,煤柱内部支承应力叠加程度与其宽度成正相关,宽度最小的区域一煤柱,支承应力叠加程度最高,其冲击危险性也最高;相较于无保护层开采工作面,在保护层下开采对于锯齿状遗留煤柱群的影响相对较小。     

煤矿深部采区冲击危险评价及防冲优化设计研究

基于某矿-1 000 m东一下山采区的实际条件,对其进行冲击危险分析,利用FLAC2D数值模拟软件确定采区防冲优化设计工作面布置参数。结果表明:采区冲击危险指数为0.81,具有强冲击危险性,主要影响因素为大采深、强冲击倾向性、上覆7煤煤柱等。     

基于FLAC数值模拟冲击地压矿井条带开采煤柱宽度研究

基于采区地质条件建立FLAC数值模型,模拟冲击地压矿井采区条带开采。对比分析工作面采90m留60m煤柱与采120m留80m煤柱两种条带开采方案的应力分布、位移变化及煤柱塑性变化的情况。研究结果说明适当的大采留比有利于减小煤柱的应力集中系数,缓解工作面的防冲困难,同时大采留比减少了掘进工作量,节约开采成本。     

临空区煤柱内布置巷道的顶板动压危险分析与控制对策

针对砚北煤矿2502采区250204上工作面回风顺槽与已回采的250205上工作面留设20 m煤柱,将造成250204上工作面回采期间冲击危险性增大和巷道掘进维护困难的现状,通过模拟分析留设不同宽度煤柱及煤柱卸压前后的应力云图和煤体支承压力曲线,确定了250204上工作面安全回采的巷道布置方法和新掘巷道留设煤柱的合理尺寸,实现了巷道的安全施工,为以后采区的布置和煤柱的留设提供了参考。     

加强资源管理 延长矿井服务年限

对采区长度短、尺寸小,采区间的煤柱多而大,不利于煤炭资源的充分回收利用和综合机械化采煤设备布置的实际,采用了不留采区煤柱的跨采,将矿井几个相邻采区合并,取消采区间的煤柱,实现了不留煤柱提高采区回采率的目的。     

工作面停采位置优化与冲击地压防治技术研究

为了解决工作面末采期间,上、下山煤柱应力集中引起的冲击地压难题,以双鸭山矿区西二采区九层四片工作面为研究对象,探索了停采区域冲击地压控制技术。针对设计的20 m煤柱的停采方案,模拟得到:工作面采动应力影响范围涉及轨道下山,轨道下山煤岩体应力达到32～44 MPa,应力集中系数为1.83～2.51,轨道下山应力集中明显,发生冲击地压的可能性较大。随着轨道下山与停采线距离的增加,轨道下山冲击地压危险区域逐渐减少。建议轨道下山与停采线的距离为40 m,同时对轨道下山采取大直径钻孔卸压的卸压防冲措施。     

无煤柱连续协调开采技术在章村矿的研究与实践

在单翼采区跳采困难,矿井产量不稳定,需要靠增加备用采区稳产的条件下,推进集约化开采布置,集中生产区域,减少煤柱压煤,提高资源回收率,有效解决跳采难题,保障工作面快速接替,研究创新无煤柱连续开采技术,实现了相邻区段工作面无煤柱连续协调开采和高产稳产。     

基于应力预调控的采区防冲设计

徐矿集团张双楼煤矿-1 000 m延深下山采区基于应力预调控,从开拓布置、保护层的选择、采区主系统巷道层位布置、工作面停采线位置优化、采区内9煤巷道与7煤煤柱距离优化、7煤和9煤工作面开切眼距离优化、相邻工作面区段煤柱宽度优化、各工作面接替顺序优化等方面进行采区防冲设计,实现从源头上防范冲击地压。     

条带开采区与全采区隔离煤柱稳定性研究

根据Wilson煤柱载荷理论,推导出了条采区与全采区隔离煤柱所承受实际载荷的计算公式.根据煤柱稳定性评价原则,通过实例分析,得出在进行条带开采设计时,不仅要进行留设条带煤柱的稳定性校核,还要对条采区与全采区隔离煤柱进行稳定性评价,不能错误地把条带煤柱宽度作为隔离煤柱宽度进行设计,以保证隔离煤柱的长期稳定性.     

孤岛煤柱条件下冲击危险工作面终采线位置优化设计

针对姚桥煤矿采区下山孤岛保护煤柱,工作面回采末期微震释放总能量、频次持续上升,现场冲击危险性增强的现象;基于理论分析和数值模拟分析了孤岛煤柱区应力分布形态及工作面开采前后煤柱区应力分布特征;结合工作面开采条件,优化了工作面终采线位置。研究表明:工作面回采前采区孤岛煤柱应力分布特征呈"马鞍形"分布,当工作面走向开采尺度大于920m时,煤柱区支承应力曲线由"马鞍型"逐渐向"单峰型"过渡,煤柱区应力集中系数从2.20升高到2.56。现场实践表明:工作面走向实际回采尺度900 m,比原设计停采线提前30 m停止回采,该工作面区段保护煤柱宽度由175 m增加至205 m,煤柱区应力呈"马鞍形"分布,有效保障了工作面安全生产,降低了采区保护煤柱区应力集中度,为后续工作面开采创造了有利条件。     

急倾斜特厚煤层复杂结构条件冲击地压防治研究

乌东煤矿南采区水平分段开采急倾斜特厚煤层过程中频繁发生冲击地压显现,地震CT探测表明,上覆遗留煤柱形成的复杂结构是造成应力集中乃至冲击显现的主要原因。为此,针对该区域采用了煤体注水和煤体卸压爆破两种冲击地压防治措施,并采用地震CT探测对防治效果进行了评价。评价结果表明:煤体注水与煤体卸压爆破有效降低了煤体内的应力集中,降低了冲击危险性,保证了工作面的正常安全回采。