顶板多层位定向割缝高压致裂防冲技术

为了实现坚硬顶板型冲击地压防治的安全高效可控,研究了多层位定向割缝高压致裂技术。采用UDEC数值模拟研究了顶板定向致裂前后的运动与能量释放规律。结果表明:坚硬顶板经倾斜与分层定向致裂后,来压步距分别降低了7.7%与17%;系统动能释放降低了47.8%与50%,系统总能量释放降低了28%与41%,从而减弱了对煤体的冲击效应。顶板分层以及多层位定向致裂防冲效果优于倾斜切顶。通过改进供液与送管工艺,实现此技术的自动化与孔深限制,拓展了技术的效率与安全性,最大孔深达到20 m,致裂半径10 m以上。现场钻屑法与微震监测结果表明,致裂顶板区域,钻屑量较致裂前明显减少,并均低于临界值,致裂期间与区域内震动频次与震动能量降低,尤其是大能量震动信号显著减少,表明冲击危险性显著降低,证明此技术防治顶板冲击地压的有效性。     

坚硬顶板下综采面回采初期水力致裂控制技术应用

为防止回采初期坚硬顶板诱发的动力灾害,以米山煤矿15112综采面顶板赋存K2石灰岩坚硬顶板为工程背景,提出采用坚硬顶板水力致裂技术控制顶板岩层,介绍了坚硬顶板水力致裂技术基本原理,设计坚硬顶板水力致裂技术与参数。现场应用后,定向钻孔水力致裂效果明显,工作面来压步距和强度明显降低,表明了坚硬顶板下综采面回采初期水力致裂控制技术的优越性和合理性。     

水力致裂弱化坚硬顶板现场试验研究

针对济三煤矿6305工作面坚硬厚层砂岩顶板难以断裂跨落,采用波兰水力致裂技术进行顶板的致裂。通过对不同孔深的致裂钻孔进行注水致裂,然后观测布置在周围的观测钻孔是否有水流出,以确定最大的致裂半径,根据现场试验验证,最大致裂半径可达6～10 m。同时对比致裂过程前后钻孔的煤粉量,验证了致裂后煤岩体的应力明显降低,从而能有效防止冲击矿压的发生。最后分析微震监测系统SOS接收到的致裂过程矿震波形特点与频谱分布图,得出在致裂过程中会诱发小矿震,震动频率相对较大,能量主要集中在高频部分。     

定向割缝水力致裂顶板关键参数研究

煤矿坚硬顶板是诱发各种动力灾害的主要原因之一,针对传统坚硬顶板处理的缺点,提出了预制定向裂隙高压水力致裂坚硬顶板技术。作为一项治理坚硬顶板的新技术,其关键参数及其确定方法缺乏相应研究,制约了该技术的工业应用。本文基于关键层弹性板与"砌体梁"理论,给出了坚硬顶板应力解析解与破断判据,在此基础上,研究了预制裂隙致裂顶板总深度、分层厚度、裂隙扩展后最大悬顶长度、预制裂隙倾角4项关键技术参数确定方法与公式,从而为该技术的推广应用奠定了基础。现场工业性试验验证了所提方法的可靠性,治理坚硬顶板型冲击矿压效果显著。     

坚硬顶板定向高压水力致裂防冲护巷技术应用

定向高压水力致裂是一项防治坚硬顶板型冲击地压的新技术,基于张双楼煤矿93604工作面地质条件,研究了定向水力致裂防冲与护巷机理,通过现场试验,得到了张双楼煤矿定向水力致裂的技术参数。现场试验表明,定向水力致裂割缝时间小于10 min,致裂半径不小于10 m,裂纹扩展5 m所需时间不超过3 min,扩展10 m所需时间小于10 min。该技术在93604工作面应用后,有效减小了悬顶长度,实现了迎采巷道防冲与巷道保护的目的。     

坚硬覆岩条件下矿震诱发冲击地压机制与防治技术

为了保证济三煤矿53下01工作面的安全回采,采用了理论分析的方法建立了坚硬覆岩矿震诱发冲击地压的模型,根据上覆岩层的运动规律及能量传播过程,对矿震诱发冲击地压的机制进行了研究,并确定了强矿震的辐射区域,在强矿震的辐射危险区域采用大直径钻孔和顶板预裂技术进行卸压,并采用钻屑法对冲击地压实时监测,结果表明,卸压后危险区域最大钻屑量均未超过临界值(4.0 kg/m),小于冲击极限煤粉量,有效地预防了冲击地压发生的危险。     

坚硬顶板高压定向水力致裂现场试验研究

为了削弱宽沟煤矿B_(4-1)煤上方坚硬岩石的整体结构,降低岩石强度,实现减弱可能发生或潜在的冲击危险的目的,通过理论分析确定了高压水力致裂的主要参数,包括B4-1煤上方坚硬岩层致裂的层位、致裂位置及致裂压力,开展了现场高压定向水力致裂技术试验研究。研究表明,宽沟煤矿B_(4-1)煤上方粉砂岩的致裂压力为28.3~29.6 MPa,试验实现了致裂半径5~7m以上;煤层上方细砂岩、中砂岩的致裂压力为42.7~43 MPa,致裂半径为2~5 m,现场试验表明高压定向水力致裂能够有效降低坚硬顶板的强度和整体性厚度。     

坚硬顶板工作面初次放顶水力致裂控制技术

为了使坚硬顶板能够及时垮落,采用定向水力致裂技术,得出定向水力致裂的水压裂缝扩展半径为10 m以上,最大扩展达到30 m,可成功致裂坚硬老顶;采用定向水力致裂技术后,工作面推进40 m位置,工作面垮落面积达到70%;工作面推进至45 m位置,工作面完全垮落。水力致裂前后工作面初次垮落步距由原先的68 m减小至45 m,有效改善了坚硬顶板的初次垮落,效果良好。     

定向水力致裂对煤层顶板三向应力的影响研究

煤层顶板水力致裂是处理坚硬顶板和防治冲击地压的重要技术手段之一,为了研究水力致裂技术对煤层顶板三向应力的影响,通过现场开展煤层顶板定向水力致裂试验,采用光纤光栅三向应力传感器得到了致裂前后顶板岩层的三向应力。结果表明：水力致裂之后,监测断面处顶板岩层三个主应力均有所降低,最大降幅约为20%,而主应力方向变化很小|在工作面坐标系下,致裂部位处各应力分量的降幅受致裂面方位的影响。顶板水力致裂能够显著降低或者转移顶板岩层三向应力,对致裂部位具有良好的卸压效果。研究成果可为现场水力致裂钻孔布置提供参考,并可用于冲击地压防治研究。     

厚煤层邻空巷道动力冲击机理及控制技术

针对大同矿区厚煤层坚硬顶板条件下,综放工作面邻空巷道超前支护段矿压显现强烈,并间歇性出现动力冲击现象问题,以同忻煤矿8202工作面5202巷道为研究对象,采用理论分析与现场实测相结合的方法,对邻空巷道动力冲击发生机理进行研究。研究结果表明:厚煤层坚硬顶板条件下,8203工作面采空区边界上覆各岩层形成倒台阶组合悬臂梁结构,在双向叠加支承压力作用下,高位悬臂梁的破断失稳是造成邻空巷道5202巷动力冲击现象的根本原因,基于此利用定向高压水力致裂技术,对区段煤柱上覆的1号、2号亚关键层提前预裂,使高应力沿8202工作面推进方向发生转移。微震监测结果表明,水力致裂后5202巷道超前支护段动力冲击现象显著减弱,取得了良好的效果。     

深部开采矿井矿压异常显现研究

为了研究济三煤矿6304工作面在回采过程中的矿压异常显现现象,在矿压观测的基础上,通过理论分析和研究的方法,掌握了该工作面矿压异常显现特征。指出了该工作面矿压异常显现区域,基本顶垮落步距、煤厚、辅助运输巷沿空留巷、断层、富水顶板、开采深度是该工作面发生矿压异常显现的主要原因。工作面加快工作面推进速度、支架初撑力不低于3 389 kN可以有效确保深部开采矿压异常区域的安全生产。     

防治冲击地压的应力三向化理论研究及应用

基于欧拉小挠度理论建立了顶底板压杆稳定模型,煤层卸压将增加顶底板的临界载荷,增加顶底板发生冲击地压的可能性,以此提出了冲击地压治理的应力三向化理论,以济三煤矿163下00工作面为例,对冲击危险区采取了煤层卸压和爆破断底解危措施,通过钻孔窥视仪检验爆破断底的效果,观测孔发生变形、破裂或破碎,证明坚硬底板已经卸压,巷道围岩达到了应力三向化状态。工程实践表明,运用应力三向化理论对冲击危险巷道进行解危,可有效地防治冲击地压。     

断层对顶板型冲击矿压的影响

为了研究断层附近冲击矿压发生规律,必须了解断层附近顶板运动特征.本文分析了顶板运动对冲击矿压的作用,采用"砌体梁"理论研究了断层倾向对顶板平衡结构的影响.以济三煤矿6303面地质资料为背景,通过FLAC5.02D软件建立了相应的分析模型,模拟了煤层开采过程中断层对顶板运动的影响.结果表明:无论工作面是由断层下盘向断层推进,还是由断层上盘向断层推进,随着工作面距断层面距离的缩小,顶板稳定性变差.当工作面由断层下盘向断层推进时,在采动影响下断层易"活化",顶板岩体利用断裂结构面发生滑移、回转和破坏失稳,从而导致顶板型冲击矿压.当工作面从断层上盘向断层推进时,顶板岩体易于形成平衡结构,顶板下沉量较小,顶板运动较为平缓,断层冲击矿压的危险性就会小的多.通过对比分析,可确定当工作面从正断层下盘向断层推进时冲击矿压的危险性远高于工作面从上盘向断层推进时的危险性.     

冲击矿压防治的应力控制理论与实践

分析了原岩应力和采动应力对冲击矿压发生的影响,通过采用采动应力监测系统直接监测煤岩体的应力和采用微震监测系统间接监测煤岩体应力的方法,分析了采动引起的应力变化,进而对监测区域内煤岩体的冲击危险性进行了评价;通过对具有冲击危险性的煤岩层实施煤层卸载爆破、深孔断顶爆破和深孔断底爆破技术,进一步验证了冲击矿压防治的应力控制理论,取得了良好的实践效果。     

浅埋煤层坚硬直接顶破断诱发冲击地压机理及防治

针对浅埋缓倾斜煤层坚硬直接顶下回采工作面冲击地压问题,采用微震及矿压监测方法确定了坚硬直接顶超前工作面破断的位置及顶板周期来压步距,在此基础上分析了回采工作面冲击地压的能量来源和致灾机理,建立了坚硬直接顶超前工作面破断的力学模型,推导了直接顶初次破断和周期破断的步距公式并计算得到了直接顶超前工作面的破断距离。结果表明,直接顶的周期破断步距以及破断产生的矿震能量均比基本顶周期来压步距及矿震能量小,但由于直接顶距离煤层近以及直接顶超前工作面破断位置距离煤壁过小,坚硬直接顶的周期破断引起的动载增大了工作面冲击地压危险。据此确定了在巷道进行直接顶预裂爆破以增大直接顶超前工作面煤壁破断距离的冲击地压治理措施,微震监测结果显示超前预裂爆破有效降低了工作面冲击地压危险。     

近直立煤层水平分段开采夹持煤体型冲击机理及防治

针对目前近直立特厚煤层水平分段开采条件下动力灾害发生的现状,综合运用理论分析、数值模拟等研究方法,分析了顶底板和煤体3者形成的结构并建立力学模型,认为近直立煤层在顶底板两侧均受到支承压力的夹持挤压,正是这种夹持力构成了冲击力源,经过力学推导,得出表征力源集中程度和发展趋势的关系式。采用数值模拟方法分析了开采后夹持煤体的应力分布特征,对理论分析进行了验证。结果表明:从工作面水平直至下方约70 m深度的煤体出现了应力集中现象,夹持煤体的增压区才是发生动力灾害的直接危险源。基于分析结果,在工作面巷道进行顶底板预裂和煤体卸压爆破等原有卸压措施的基础上,提出在夹持煤体中掘进爆破卸压巷的防治方案,为近直立特厚煤层水平分段开采冲击灾害防控提供借鉴。     

火成岩坚硬底板冲击矿压原因及防治

近年来,受复杂地质条件影响的冲击矿压灾害越来越频繁,赵楼煤矿首采工作面在火成岩底板区域发生过数次严重的底板冲击事故。通过生产中发生的几次底板冲击事故分析了火成岩坚硬底板诱发冲击矿压的原因,指出了火成岩的高强度和其造成的高水平应力是导致底板冲击的主因;并提出了火成岩底板冲击的控制机理和防治对策。针对赵楼煤矿首采工作面的坚硬火成岩侵入底板,提出了具体有针对的底板防冲措施,取得了良好的防冲效果。     

耿村煤矿13230工作面冲击危险性评价及防冲措施研究

针对耿村煤矿13230工作面超深高瓦斯厚煤层巷道冲击地压等问题,分析了诱发13230工作面发生冲击地压的因素,对工作面支承压力进行力学分析,建立力学模型,结合叠加应力理论给出了工作面支承压力计算公式,评估了冲击地压风险发生情况。根据风险评估结果,提出了治理、预测预警、卸压冲击地压综合防治系统,建立了“钻屑和应力监测为主、微震矿压监测”为辅的综合监测预警体系,该防治预警系统对煤矿冲击矿压的防治起到良好的效果。     

焦坪矿区坚硬顶板冲击矿压发生机理与防治对策

根据焦坪矿区覆岩的赋存特征,类比了其他矿区的冲击矿压案例,提出了焦坪矿区潜在的重大冲击灾害性。以具体工作面为例,参考已有的煤岩体冲击倾向性和物理力学性质实测结果,结合顶板运移实测结果,以冲击矿压发生的三因素理论为指导,从冲击倾向性、力源因素、煤岩体组成结构等三方面论证了孕育冲击矿压的成熟条件,在此基础上提出了有针对性的防冲措施。     

基于Fisher判别分析的冲击地压危险性等级预测

针对矿井中发生的冲击地压危险性分级问题,应用因子分析和Fisher判别分析理论,选取煤层厚度、煤层倾角、埋深、构造情况、煤层倾角变化、煤层厚度变化、瓦斯浓度、顶板管理、卸压、响煤炮声为影响因素,分析影响因素之间的相关性,对相关性较强的因素进行因子分析,提取恰当的公共因子,进而建立基于因子分析的冲击地压危险性等级Fisher判别分析（FDA）模型。利用四川砚石台煤矿23组实测数据作为学习样本对模型进行训练。采用回代估计法检验模型的有效性,回判的误判率为0。将另外未参加训练的12组煤矿动力现象数据作为测试样本,对其危险性等级进行预测,并与传统的Fisher判别方法进行对比。结果表明,经过对样本因子分析后,指标个数减少,相关性降低,可以有效预测冲击地压的危险性等级,用该模型所得到的预测结果的误判率为0。