采场冲击地压的能量积聚释放特征分析

运用采矿岩石力学理论,分析了回采工作面围岩系统的加载特性,得到顶、底板对煤体存在着渐进和瞬态两种加载方式,当煤岩组合体载荷达到临界状态时,加载特性诱发煤岩系统动力失稳,即发冲击地压灾害.通过FLAC3D数值计算,分析了采场支承压力的分布、岩层结构的运动、弹性应变能的积聚、释放特征和围岩位移、速度的突出特征,初步提出用采场能量密度因子来预测煤岩冲击地压的发生.结果表明,冲击地压是采掘活动诱发的结果,是在开采过程中诱发并伴有微震活动和弹性能猛烈释放的煤岩体结构失稳的矿压显现.     

大同矿区冲击地压典型影响因素组合分析

以大同矿区坚硬煤岩组合条件下采动影响区域冲击地压发生的时空特征为背景,针对典型坚硬煤岩层组合和多煤层高强度开采条件,采动应力诱发煤层在煤岩组合结构中的滑移失稳是冲击地压频发的主要模式。通过分析典型冲击矿井发生冲击的时空特点,明确了冲击地压发生的典型组合因素,可为后续有针对性的灾害防治提供参考。     

煤矿冲击地压与断层构造失稳的多物理场互馈机制研究进展

煤矿冲击地压与断层构造失稳的多物理场互馈机制研究对于保障煤炭资源安全高效开采具有重要的科学意义和工程指导价值.人类采掘活动使得在地壳运动等强挤压过程中形成的断层等复杂地质构造受到扰动,结构面的活化和失稳将释放大量在构造成型期间所积聚的弹性应变能,进而极易诱发冲击地压等动力灾害.从断层构造成因、地质赋存状态和高水平原岩应...     

冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征及其产能

开采扰动是导致深部煤岩体发生变形、冲击、失稳的根本原因,而开采扰动特征与采动强度密切相关。进入深部开采后,冲击地压矿井数量随采动强度的增大而不断增多,研究冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征,进而根据采动煤岩力学响应特征确定合理的采动强度对冲击地压防控具有重要意义。以典型冲击地压矿区彬长矿区为例,利用数值模拟及理论分析根据不同采动强度下煤岩采动应力、能量释放及覆岩垮落结构特征,分析了不同推进速度、不同采厚下的开采扰动特征,评估了不同采动强度时采动煤体的冲击危险性,并探讨了开采扰动特征在矿井产能调控及开采方法优选等方面的应用。研究结果表明:(1)煤炭年产量与冲击地压矿井数量呈正比例关系,且深部矿井发生冲击地压的可能性明显高于浅部矿井;(2)整层开采的顶底板应力、超前支承压力及冲击危险性均大于分层开采,且前者存在明显的应变能峰值前移现象;(3)工作面采厚增加将会引起关键块的回转角及断裂度增大,提高了滑落失稳及回转失稳的可能性,推进速度加快将会提高回转失稳的可能性,更易诱发上覆岩层破断及能量大量释放,从而提高冲击危险性;(4)揭示了不同采动强度下的深埋煤层工作面的开采扰动特征,提出了根据...     

高强度开采工作面煤岩灾变的推进速度效应分析

高强度开采工作面煤岩灾变存在冲击特征,采场围岩控制困难。采用室内试验、理论分析及数值模拟等综合研究方法,分析高强度开采条件下煤岩变形破坏和围岩应变能分布特征,并揭示采场煤岩动力灾变发生机制。研究表明：煤岩属于率相关材料,随着加载速率的提高,受压煤岩破坏形式由静态变为动力破坏,在后破坏阶段,存储于煤岩中的应变能降低形式以塑性功耗散转变为整体破坏后的快速释放,破坏用时减小;随着工作面推进速度提高,煤壁前方煤体中最大主应力加载速率和最小主应力卸载速率均增大,浅部煤体应变能密度升高,致使围岩发生动力灾变概率和危害程度升高;基本顶突然断裂和滑落,将贮存于顶板中的应变能快速释放并向下位煤岩传递,使煤层中应变能密度迅速升高,促使煤岩发生动压冲击性煤壁破坏;基本顶断裂前、后,煤体中应变能密度峰值点之间距离为超前段回采巷道动力灾变危险区,是采场围岩控制的重点区域。     

煤岩中弹性能量的表征与冲击地压预测方法研究

分析了煤岩储能区冲击效应现象的发生机理及基本特征,深入探讨了围岩深部原生煤岩体固有的弹性能以及冲击效应的特征;揭示了冲击效应诱发煤岩力学性能及物理性质的变化。基于这些有意义的变化,探讨性地提出了冲击地压的应力监测法和能量型磁电监测法的技术思想,为冲击地压的预测提供了新的方法。     

巨厚岩层稳定性与冲击地压防治关系研究

针对具有巨厚岩层的冲击地压矿井,巨厚岩层作为矿井覆岩的主关键层,其稳定性关系到整个采场的安全。结合多年研究的工程案例,数值模拟分析了巨厚岩层在开采中的稳定阶段,重点研究其稳定前后冲击地压的发生机理,将此地层条件下的冲击地压防治分为2种形式:巨厚岩层稳定环境下,开采范围的增大造成巨厚岩层承受载荷转移,导致采场围岩形成高静应力引发自发型冲击地压;巨厚岩层失稳后产生的强动载部分传递至采场与静应力叠加,造成围岩应力突变而引发矿震诱发型冲击地压。在巨厚岩层稳定前后应用高精度微震监测系统,动态判断顶板活动范围及巨厚岩层稳定发展趋势;同时在临场应用应力在线监测预警系统实时分析采场围岩应力场变化范围和发展趋势,并对危险区进行实时预警。     

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。     

煤矿冲击地压的推采速度效应及其动态调控

针对采煤工作面冲击地压存在推采速度效应问题,通过案例与微震监测数据分析,探讨了采场推采模式及速度与冲击地压的关系,揭示了采场推采速度效应产生机制,并通过对类似工作面微震特征的分析,建立了采场推采速度效应动态调控的方法。研究表明:回采工作面冲击地压危险性与采场推采模式及速度具有相关性,其中高速推采、非匀速推采易诱发冲击地压;高速推采造成多顶板势能转化和多煤层应变能均衡释放,非匀速推采导致煤层应变能集中释放;基于微震响应特征构建的采场推采速度效应动态调控方法具有良好的实用性。     

采动巷道矿压显现特征及力构协同防控技术研究

以西北地区典型冲击地压矿井为工程背景,研究采动巷道冲击地压力构协同防控技术的有效性,通过对典型厚硬顶板条件下重复采动巷道冲击地压显现特征及主控因素的分析,采用"点-面-区"相结合的方式对深部厚硬顶板采动巷道应力分布进行了探测,确定了回风巷冲击地压严重的主要原因为区段煤柱侧向覆岩结构破断和采动应力的叠加作用。提出冲击地压防治要从采动巷道围岩结构和应力环境双方面入手,通过调整采动巷道围岩应力环境,人为干预高低位岩层破断位态,增加高低位厚硬顶板破断所释放弹性能量的传递损耗,优化巷道围岩支护参数,提高工作面超前应力峰值附近巷道刚性支护系统瞬时吸能让压能力,并根据采场煤层赋存条件、围岩结构特征和应力环境不断改变的特点,动态调整各种措施的时空组合方式进而实现采动巷道的围岩稳定性控制。通过典型冲击地压工作面现场防冲实际,验证了采动巷道冲击地压力构协同防控技术的有效性,为西北地区深部厚硬顶板条件下采动巷道冲击地压防治提供理论指导。     

基于能量贮存及释放主体的煤矿冲击地压分类

冲击地压研究系统包括发生机理、发生准则及基于机理和准则的预测和防治。因诱发冲击地压影响因素众多,相应的类型多样,传统的研究多集中在机理、监测及防治的独立性研究上,造成现场冲击地压预测和防治的盲目性。为了系统性掌握冲击地压机理,提高冲击地压预测和防治效率,通过调研已有的冲击地压分类方法,从能量贮存及释放主体的角度提出了一种新的冲击地压分类方法;依据扰动响应失稳理论,分析了各类型冲击地压的发生机理;建立各类型冲击地压力学模型,得到了冲击地压发生条件的解析解和发生时释放能量估算公式;并对分类方法在预测和防治中的应用进行了初探。研究结果表明:根据能量贮存及释放主体的不同,冲击地压划分为煤体贮存及释放能量型(Ⅰ)、顶板贮存及释放能量型(Ⅱ)、断层带及围岩贮存及释放能量型(Ⅲ)3种类型;Ⅰ型冲击地压由煤体压缩失稳并释放贮存的弹性能产生,发生条件由煤体固有属性单轴抗压强度σ_c和冲击倾向性指数K决定,释放能量与冲击倾向性指数K呈反比关系;Ⅱ型冲击地压由顶板-煤层变形系统中顶板断裂失稳诱发,顶板抗拉强度σ_t越大,冲击的临界采空区跨度L_cr...     

红庆河矿典型工作面冲击地压灾变机理及防治

针对深部高静载应力环境下采掘工作面局部应力集中导致煤岩动力事件频发的问题,以新街矿区红庆河矿采煤工作面为工程研究背景,结合工作面开采方式与采掘期间煤岩动力事件对3^-1煤层地质条件进行初步分析;运用数值模拟软件对工作面采动应力场和能量场进行模拟,分析3^-1103综采面回采过程中采场潜在的易煤岩冲击失稳区域和冲击地压孕育-灾变机制,研究危险区域煤岩灾变力源、影响因素及防控措施。结果表明：(1) 3^-1103综采面回采期间顶板岩层结构、采空区、区段煤柱等是影响冲击地压的主要因素;(2)模拟得到3^-1103综采面回采期间采场易冲击失稳区域位置及特征,确定了采场范围内存在5个强冲击性和11个中等冲击性区域;(3)提出了包括切断冲击力源、降低应力集中、阻隔高集中应力传递三个方面的采场高静载或高静载+动载区域分源防控技术,对煤岩冲击失稳危险区域回采前进行预先卸压、回采期间局部解危和防冲减冲处理。     

采场围岩三维力学特征与冲击地压的联系

阐述了采场围岩三维力学特征及其影响因素,在分析冲击地压发生机理的基础上,初步探讨了综采采场围岩应力壳演化特征与发生冲击地压的联系,认为随开采特点及影响因素的改变,采场围岩应力壳的演化及发展为冲击地压的孕育发生创造了力学及能量条件,强调充分认识采场围岩应力壳的演化特征对防治冲击地压等煤矿动力灾害具有重要意义。     

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。     

深井冲击地压特征及煤岩结构动力失稳分析

本文在总结开滦赵各庄矿（-1100m）发生的两次冲击地压特征的基础上,从材料强度破坏、结构失稳、能量释放理论,分析了千米深井高应力、强流变回采巷道冲击地压的发生机理,同时指出煤岩体结构动力失稳破坏的临界状态,是围岩渐进变形过程中细观裂纹突变、分叉形成不同力学特性的多介质组合体的结果,并对其脆塑性结构进行初步稳定性分析。最后总结了赵各庄矿冲击地压防治对策及经验。     

悬顶结构下软底板采场冲击地压成因与防控研究

针对软底板的地质条件,在分析采场应力分布特点的基础上,建立了煤层聚能结构和顶板悬臂结构的力学模型。通过对软底板煤层和悬顶附加能量源的力学机制和能量演化过程的分析,得出了软底板破坏诱导强冲击倾向性煤体释放能量是发生冲击地压的根本原因,悬顶结构是加剧冲击地压强度的重要因素,并总结了软底板条件下冲击地压显现特征。根据该条件下的冲击显现特征,从底板帮部卸压、加强围岩稳固性和悬顶结构处理等方面,采取了围岩卸压配合巷道支护的冲击地压防治措施,取得了显著的冲击地压防治效果,保证了安全开采。     

深井软岩条件下冲击地压的预防和治理技术

随着矿山开采的大规模进行和采深的加大,在大采深和高应力作用下,矿井巷道围岩多表现出显著塑性变形特征,即表现出软岩性质。一方面,深井软岩条件下随巷道围岩变形,部分聚集在围岩中的弹性能得以释放,降低了巷道围岩发生冲击地压的危险性,另一方面,也给矿井冲击地压的预防和治理带来了一定的难度。     

忻州窑矿两硬条件冲击地压防治技术研究

根据大同两硬条件(坚硬煤层和坚硬顶板)特点和冲击地压发生的特征，通过现场试验和实验室实验，分析研究了冲击地压发生的机理，提出了冲击地压发生的时空能量准则以及卸压放能的有效技术途径．在有冲击地压危险的工作面采取了施工放能孔的方法，使煤岩系统长期积累的弹性能量得到缓慢释放，解决了忻州窑矿的冲击地压问题．     

基于煤岩动力系统能量的冲击地压矿井临界深度判别

为了定量计算典型冲击地压矿井的临界深度,实现煤矿冲击地压的有效防控。应用地质动力环境评价方法,将冲击地压矿井划分为"典型冲击地压矿井"和"非典型冲击地压矿井"2种类型。通过构建的煤岩动力系统模型,研究了煤岩动力系统的能量特征及其与冲击地压显现的关系。分析了自重应力场和构造应力场下煤岩动力系统的能量特征,并分别确定了不同应力场条件下的煤岩动力系统能量计算方法,在此基础上提出了典型冲击地压矿井的临界深度计算方法,并在3个典型冲击地压矿井进行了准确性验证。研究结果表明:在自然地质条件下,煤岩动力系统的总能量与构造应力场下煤岩动力系统的能量相等,自重应力场下煤岩动力系统的能量为基础能量,煤岩动力系统释放的能量为构造应力场下能量与基础能量的差值。对于典型冲击地压矿井,煤岩动力系统的总能量主要源于构造应力场,在构造应力场条件下煤岩动力系统积聚的能量已经能够支撑冲击地压发生,在开采活动诱发下就会发生冲击地压;对于非典型冲击地压矿井,在构造应力场条件下煤岩动力系统积聚的能量不足以支撑冲击地压发生,需要其他工程条件补充能量,在开采活动诱发下才有可能发生冲击地压。根据验证结果,典型冲击地压矿井的临界深度计...     

大同矿区浅源冲击地压致灾模式分析

以大同矿区坚硬煤岩组合条件下采动影响区域冲击地压发生机理为背景,分析了矿区冲击危险性煤层的顶板特点和煤层冲击倾向性,探讨了采动应力诱发煤体材料失稳和煤层整体滑移的致灾模式。通过分析典型冲击矿井的开采地质条件和采动效应,明确了大同矿区冲击地压的致灾模式,可为后续有针对性的灾害防治提供参考。