地应力测量在岩石与CO2突出灾害研究中的应用

为减轻和防治岩石与CO2突出灾害,对吉林营城煤矿进行了地应力测量、岩石力学参数测试、CO₂气体压力量测以及地质构造分析,并进行了应力场的数值计算,得到了该区地应力的详细分布情况.在此基础上,预测了岩石与CO₂突出的危险区,提出了用超前钻孔爆破卸压法降低工作面前方的气体压力和地应力的防治措施.     

深部开采中岩爆岩块弹射速度的理论与实验

为预测岩爆灾害的破坏性,开展了岩爆过程中破碎岩块弹射速度的理论与实验研究。进行了真三轴卸载花岗岩岩爆的物理模拟实验,应用动态摩尔圆分析法,建立了岩爆过程中岩块弹射速度的理论模型;计算了岩块三种典型运动形式,即平抛弹射、斜上抛弹射、斜下抛弹射的弹射速度,并与岩爆实验得到的实验值进行了比较。研究结果表明:岩块弹射速度的理论计算值与实测值基本吻合。建立的岩块弹射速度的理论模型中涉及的应力参数为静态应力,而静态应力值可以应用地应力测试、应力监测,开采或开挖形成的应力集中理论在岩爆发生前获得。     

改进的Lippmann煤层平动突出模型

应用Hoek-Brown强度理论对Lippmann煤层平动突出模型进行了改进，综合考虑了强度、结构等因素对煤层平动突出的影响，研究了水平煤层从巷道两帮突出前临界状态下的应力分布规律.赵各庄矿的实例研究表明，改进后的Lippmann煤层平动突出模型适用于顶底板为岩石的煤巷或半煤岩巷煤层整体冲击的机理分析，为合理确定煤层突出范围度量指标以及煤层整体平动突出倾向性的判定提供了理论依据.     

基于Druker-Prager准则的煤层冲击失稳模型

屈服准则对煤层冲击失稳模型的计算结果有较大影响。考虑中间主应力和支护阻力的作用，运用Druker-Prager准则对煤层平动冲击失稳模型进行推导，得到煤层应力、扰动区长度、塑性区长度的解析公式，并与基于Mohr-Coulomb准则的计算结果进行对比，分析支护阻力、原岩应力、巷道尺寸对煤层冲击失稳的影响。结果表明，此方法得到的煤层应力分布曲线符合典型的煤层应力分布特征，且其煤层冲击失稳评价结果更加可靠；加强支护和减小巷道宽高比，能够降低深部煤层发生冲击失稳的危险。     

岩爆孕育过程的力学分析及破坏条件探讨

通过对岩爆孕育过程的力学状态分析,逐步揭示了岩爆的形成过程。研究表明:(1)岩爆孕育过程的力学形态是由弹性转化为塑性,在塑性岩体中发生岩爆,而由其周围弹性岩体提供岩爆能量;(2)岩爆的前提条件是地下工程开挖后,处于单向应力状态且应力集中系数最大的硐壁围岩出现塑性破坏区域;(3)岩爆体只有在满足自身释放和周围围岩对其释放的弹性应变能大于由摩擦力和粘结力做功形成的阻能情况下才会发生岩爆;(4)应力条件是岩爆发生与否的触发条件,能量条件才是岩爆发生与否的根本条件。     

半孤岛面全煤巷道底板冲击启动原理分析

采用案例分析与理论分析,提出了冲击地压启动概念,指出冲击地压发生依次经历冲击启动-冲击能量传递-冲击地压显现3个阶段,将冲击地压防治研究着眼点提前到冲击启动阶段;建立了巷道冲击地压发生工程结构模型,揭示了全煤巷道底板冲击启动实质来自于两帮高集中应力区,底板只是能量传递与释放的载体,即冲击地压显现位置。进一步提出了冲击地压发生的冲击启动理论,指出巷道围岩近场系统内静载荷的过度积聚是冲击启动的内因,系统外动载源是外因,确定了冲击启动的能量判据,指出了冲击地压可能的启动区域。     

新兴矿薄煤层开采冲击地压监测预测技术研究

近年来,新兴矿已进入深部开采,冲击灾害显著增加且越来越严重,冲击矿压事故频繁出现。文章利用电磁辐射技术对61051、41062工作面冲击矿压进行监测,分析冲击矿压危险的电磁辐射变化规律,利用模糊模式识别方法确定冲击矿压电磁辐射预测临界值,实现对新兴矿大倾角薄硬煤层开采过程中的冲击矿压监测、预测。通过现场的监测基本掌握了冲击前兆及高危区域的电磁响应规律;圈定出危险重点监测区域并多次成功对冲击发生作出预警。     

厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压机理及防治

针对呼吉尔特矿区厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压现象,通过现场实测和数值模拟,分析了宽煤柱垂直应力分布特征,通过理论分析,揭示了宽煤柱发生冲击的结构条件;基于冲击地压"三因素"机理,研究了宽煤柱诱发冲击地压机理:在侧向支承压力和工作面采动应力叠加影响下,具有冲击倾向性的宽煤柱应力高度集中,当其达到极限强度发生卸载时,由于煤柱体刚度与顶板岩层刚度相近,造成煤体运动速率很大,呈现冲击地压显现。在此基础上,提出了小煤柱护巷和断顶爆破等措施降低煤柱应力、采用大直径钻孔卸压和煤层注水等措施改变煤体刚度的防治策略,针对311103工作面提出了采取断顶爆破和大直径钻孔的组合防治方法,宽煤柱应力集中程度出现明显降低,防治效果较为显著。     

基于微震监测技术的深部岩爆预警和断层突水监测

三山岛金矿直属矿区进入深部开采时出现岩爆现象,同时生产区域存在由于岩爆诱发的矿柱失稳和顶板冒落的危险,需要进行监测和预警。基于适合监测深部金矿安全开采的微震监测系统检测结果,研究基于微震监测的深部岩爆预警技术思路,分别研究了岩爆危险区域的预报、微震监测划分采场安全等级、断层突水的微震监测等内容。通过研究达到全面监控目标区域的岩石稳定状况和动态,实现了深部开采的监测和预警。     

煤矿冲击矿压预测和防治技术浅析

结合镇城底煤矿22605工作面的地质情况和矿压情况,提出了煤炭生产中冲击矿压的预测和防治措施。通过对22605工作面的地质情况和监测数据分析处理并探究了该工作面矿压显现规律,为其设计了一套适合本工作面的冲击矿压监测和防治体系。防治体系有预防和临时解危双重防治措施,从这两方面考虑可以做到全面防治冲击矿压。该体系可以实现矿井的安全生产,保证工作人员的安全。另通过分析冲击矿压发生的基本原理和监测到的数据,建立煤矿冲击矿压防治体系,能够及时有效地将蕴含在煤体中的冲击矿压释放和消除,达到安全生产的目的。     

坚硬顶板下煤柱岩爆的尖点突变理论分析

用尖点突变模型对坚硬顶板下煤柱岩爆非稳定机制的讨论，给出了岩爆发生准则，岩爆时的顶板突跳和能量释放量，讨论了影响岩爆的因素及影响程度。并以此为基础讨论了岩爆发生的前兆规律与过程，提出了可临测的前兆信息。这种既研究准则、又研究前兆与过程的方法，是防治岩爆的更为实际和有效的途径。     

冲击地压灾害的监测及治理措施

煤矿冲击地压可采用微震法、电磁辐射法和钻屑法相结合的方法进行危险性监测,可以提高监测效率及准确性;当监测到有冲击危险性时,可采用钻孔卸压和爆破卸压两种方法进行冲击危险的治理,这样可以充分发挥两者的优势。     

地下硐室岩爆的突变理论研究

用分段的岩石应力－应力全过程曲线作为本构关系，对圆形硐室受静水压力的状态作了分析，将受力岩层分成软化区和弹性区，用突变理论建立的势函数分析了突变模型，给出了发生岩爆准则，并与实测结果作对比，表明这种研究方法的有效性。     

应力波扰动诱发冲击矿压数值模拟研究

采用非连续离散元软件UDEC,对应力波扰动诱发冲击矿压形成发生全过程、巷道埋深H及扰动应力强度P,max对围岩稳定性的影响进行了有效的数值模拟,得到了巷道围岩在应力波扰动过程中响应速率、响应变形及岩体破损范围大小,以及发生冲击矿压的临界深度和临界扰动应力强度值.结果表明:扰动应力波是引起围岩裂隙延伸贯通,继而诱发冲击矿压的重要因素;围岩埋深条件及扰动应力波的强度决定了巷道围岩裂隙发展影响区域及形态,并最终影响到冲击地压发生与否.研究结果对揭示煤矿冲击矿压的诱发机理具有重要意义.     

“顶板-煤层”结构体冲击倾向性演化规律及力学特性试验研究

针对单纯以煤层或顶板岩层进行煤层冲击倾向性判定存在"低估"问题,以典型的冲击危险矿井为背景并结合煤层赋存的实际情况和冲击地压的显现特征,建立"顶板-煤层"结构体模型。通过对纯煤层、顶板岩层及2种不同高度比下的"顶板-煤层"结构体冲击倾向性试验和不同顶板强度、厚度、均质性及接触面角度的冲击倾向性数值试验,研究不同顶板特性对"顶板-煤层"结构体冲击倾向性的影响。研究发现,"顶板-煤层"结构体冲击倾向性高于纯煤层或岩层测定结果,更接近实际。随着顶板强度、厚度、均质性的增加,"顶板-煤层"结构体冲击倾向性增强,随接触面角度的增大,其单轴抗压强度降低,峰后塑性变形阶段越来越明显。在接触面角度一定的情况下,随着顶板岩体强度的增加,随"顶板-煤层"结构声发射累计释放能量减弱。随"顶板-煤层"结构体冲击倾向性的增强,其峰后声发射累积能量呈减小的趋势。     

“Z”型煤柱诱发冲击矿压的模拟研究

针对常村矿的冲击矿压类型,以弹性力学、岩体力学、材料力学等理论为基础,初步建立"Z"型煤柱的力学模型。"Z"型煤柱诱发型冲击矿压,其主要影响因素包括采深、工作面巷道开拓布置、顶底板岩层结构、周围煤岩体的冲击倾向性等。通过数值模拟分析了2113工作面开采过程中水平应力和垂直应力的演化规律,详细分析了"Z"型煤柱区域的应力分布规律,得出"Z"型煤柱诱发冲击的原因及机理。最后提出21采区的工作面布局,即下分层工作面巷道内错式布置,有效地避免了"Z"型煤柱、应力集中现象的发生。     

智能防冲限员网络监控系统的研发应用

为了解决限员管理区域准确计数与不同安全出口数据互通及自动拦截、远程控制等问题,应用视频双目计数原理,设计了一套智能防冲限员网络监控系统,通过七五生建煤矿的实践应用,系统实现了限员区域作业人员准确计数,并能够自动报警、远程调度、超员闭锁等。     

基于塑性应变梯度理论的材料失稳型冲击地压触发判据

为研究材料失稳型冲击地压失稳的发生判据,开展了摄像实时观测情况下,煤体受端部位移约束的冲击倾向性煤体压缩破坏实验。首先,探索了实验室尺度下冲击煤体的破裂特征,然后采用有限元数值分析的方法对比分析了工程尺度下煤体发生冲击地压前的破裂趋势。最终基于实验和数值分析结果,建立了塑性应变梯度理论下的材料失稳型冲击地压的触发判据。冲击煤体压缩破坏实验结果表明:端部约束煤体发生破坏时,煤体呈现冲击破坏的特点,并分阶段发展,每个阶段都伴随着不同程度的声音信号与相关的特征信息。当应力达到强度的60%时,有少量煤体喷射;达到78%以上时,较多的煤体发生冲击,具有明显的喷射特点;接近峰值强度时,有大量煤体臌出,但无喷射特点。煤体破裂形式整体上表现为拉剪混合破裂,形成的破裂面呈内凹三角形状,与冲击地压现场煤体破裂面类似,表明实验结果具有一定的参考意义。不同高径比的煤体破坏的峰值强度略有不同,小高径比煤样的抗压强度稍大、破裂面内凹深度减小。采用有限元数值分析方法显示,巷道侧壁围岩容易在巷道变形过程中形成内凹三角形状的塑性变形集中带,从而在冲击地压发生中形成三角状的破裂面。基于内凹破裂面形态和塑性应变梯度理论,采用应变软化本构,从静力平衡和能量平衡角度,建立了煤体发生破坏前材料冲击失稳的判定准则。     

便携式电磁辐射仪监测冲击矿压危险区域研究

介绍了便携式电磁辐射仪在北京木城涧矿的使用情况及数据处理方法,并通过监测及数据处理得到了10个危险区域,划定重点监测区域。     

矿山冲击地压现状与几种解决方法的机理

冲击地压是煤矿长期存在的安全问题,通过论述和总结我国冲击地压的现状和特点,指出冲击地压的重要性,并介绍了几种冲击地压危险性预测方法的机理。