厚硬火成岩下突出煤层动力灾害致因研究

针对海孜煤矿主采煤层顶板上部厚层坚硬火成岩造成的突水、瓦斯突出、冲击地压和地表沉陷等煤岩动力灾害,采用煤样SEM（扫描电镜）分析、组分和反射率测定等方法,研究了厚硬火成岩下突出煤层物性参数特征,采用板应力拱平衡理论研究了采动离层裂隙发育规律,采用梁结构破断弹性理论研究了厚硬火成岩对冲击地压和突水的影响,以揭示厚硬火成岩下突出煤层动力灾害的致因。研究结果表明,巨厚火成岩的热演化和圈闭作用,导致下伏各煤层孔隙发育,吸附瓦斯能力增强,各煤层突出危险性增加;厚硬火成岩为矿井主关键层,受采动影响能长期保持不断裂,其下伏煤岩层的裂隙与离层能长期不闭合,能为卸压瓦斯抽采创造条件;但随着煤层的持续和大面积开采,厚硬火成岩突然破断滑落,破断过程中释放出大量能量并向周围传播,容易引起冲击地压、矿井水灾、瓦斯突出及地表沉陷等复合型动力灾害。     

低透气性煤层工作面煤与瓦斯突出灾害中心体致灾机理

为有效揭示低透气性煤层回采工作面煤与瓦斯突出机理,提高监测和防治的针对性与有效性,基于瓦斯赋存状态和开采扰动等因素建立了突出灾害中心体力学模型,通过理论分析、相似模拟试验和现场试验的方法,验证了该理论假设,揭示了中心体致灾机理,并验证了微震与突出危险的关联性。相似模拟试验结果显示：在煤壁距中心体60～20 m时中心体逐渐孕育和发展,至20～10 m时中心体突出风险急剧升高,该范围即宏观的中心体突出临界区域,是重点防治时期和位置,该结论在寺家庄矿15112回采工作面基于钻屑瓦斯解吸指标K₁值的试验中得到验证,突出灾害中心体致灾机理假设也得到验证。结果表明：吸附瓦斯在节理、裂隙等非均质性的孔洞中由于局部煤体破碎且渗透性升高而大量解吸为游离瓦斯,与煤粉混合成具有高能量的气固两相流体,形成突出灾害中心体;中心体在低透气性煤层中是客观性存在的,且赋存于多个位置,采动效应提供了外在动力,导致煤层应力环境和瓦斯状态发生变化,易诱发中心体突出;从中心体致灾的角度得到微震与突出危险间具有较良好的拟合关系,说明微震是有效的突出危险监测手段,为进一步提高突出监测及防治的针对性和有效性提...     

浅埋煤层关键层初次破断特征及垮落机理研究

针对神东浅埋煤层关键层垮落容易造成大面积来压和动力灾害的问题,文章系统分析了关键层在工作面推进过程中的破坏过程及垮落机理。数值模拟结果表明,随着工作面的推进,关键层首先在跨中下表面受拉区发生屈服破坏,工作面中部煤壁前方关键层上表面受拉区发生屈服,并进一步沿煤壁延伸形成"O"型破裂带,与关键层下表面不断向四角延伸的受拉破坏区所形成的"X"型破坏带组合成大的"O-X"型破坏带。与弹性薄板理论相比,两者的开裂顺序不同,但最终的破坏形式相同。覆岩与关键层间保持同步变形,且随关键层一同垮落,失稳前挠度明显增加。关键层的失稳形式主要为沿"X"型破裂带发生屈曲失稳和沿"O"型破裂带发生沿煤壁的切落失稳,后者来压更为剧烈。     

高位厚硬火成岩下微震活动及矿压特征分析

杨柳煤矿采用SOS微震监测系统、KJ216矿压及地应力监测系统监测矿震活动、采场矿压及地应力,有效预测了火成岩破断运移的状态以及工作面冲击动力灾害发生的倾向,为1061工作面的安全开采提供了有利保障。     

深井瓦斯煤层采动扩容致灾力学机理

为揭示深井瓦斯煤层扩容致灾的内在力学机理,从宏观和细观角度对含瓦斯煤扩容过程的力学特征进行了系统研究。研究表明,受采动应力作用的工作面煤层存在扩容缓变和扩容急变两种力学状态;扩容缓变区煤层累计扩容量缓慢增加、瓦斯压力随采动应力增大而增大;扩容急变区煤层累计扩容量激增导致煤层瓦斯压力突变降低,易诱发动力灾害。含瓦斯煤扩容行为致使瓦斯压力突变,初始瓦斯压力增大导致扩容应力临界值降低、煤体扩容率明显增加、扩容区瓦斯突变压力梯度显著增大,含瓦斯煤失稳致灾敏感性增强。构建了含瓦斯煤瓦斯压力和采动应力耦合作用力学模型,表明工作面煤层瓦斯压力受控于采动应力,且呈指数正相关性。揭示了工作面煤层瓦斯压力受控于采动应力的扩容致灾力学本质。     

大采高开采高位关键层运动致灾机理研究

大采高工作面采场强矿压灾害与上覆高位关键层的赋存状态及破断运动密切相关。研究与实践表明：特厚煤层综放开采或特大采高综采工作面顶板高位关键层横“O-X”破断、竖“O-X”破断以及悬而未断都将显著影响采场矿压,导致工作面易出现强矿压灾害或冲击地压灾害等动力现象。结合部分工程案例,阐述了大采高开采高位关键层在不同破断形式或悬而未断条件下的致灾机制,并提出了高位关键层致灾防控技术,为西部类似大采高开采条件下的工作面安全高效开采提供借鉴。     

基于隔水关键层原理的断层突水机理分析

因煤矿突水中大部分突水是与断层破裂带有关,应用隔水关键层原理分析断层突水机理是非常有必要的.首先根据断层的形成机理及其位置分析了断层突水的原因,探讨了煤层断层的突水条件;然后基于隔水关键层原理建立了含隔水断层的隔水关键层活化力学模型,理论解析了隔水断层在矿压和水压作用下的断层活化滑移条件,最后分析了顶、底板隔水断层的断层活化突水机理,得出了在矿压和水压共同作用下的断层采动活化突水条件.     

巨厚火成岩下采动应力演化规律与致灾机理研究

为确定海孜煤矿Ⅱ 102采区内煤与瓦斯突出灾害原因,综合分析了采区地质开采条件、突出点瓦斯地质特征及突出特征,采用UDEC软件模拟研究了均厚140 m火成岩下开采时的采动应力演化规律,从采动应力影响范围的角度解释了此次动力灾害的原因。研究结果表明：距煤层170 m的巨厚火成岩在累计采宽370 m时仍然不发生破断,导致采动应力影响范围增大至310 m,为不存在火成岩时的3倍;受火成岩影响,采空区边界外180 m处应力集中系数高达1.7,在此处进行Ⅱ 1026工作面机巷掘进时,采动应力成为煤与瓦斯突出的一个主要动力源。     

深部开采的突出和冲击耦合致灾机理探讨

鉴于我国煤炭深部开采面临的高瓦斯、高应力、低渗透性的问题,分析了煤与瓦斯突出和冲击地压的特点,探讨了深部开采时突出和冲击的耦合致灾机理及监测防治手段。提出了爆破解危-柔性吸能-强力支护的冲击地压防治体系。     

厚硬砂岩顶板水压致裂技术的应用

干河矿2-126综采工作面顶板为厚硬砂岩顶板,工作面来压步距长、矿压显现强烈,支架前方煤壁发生片帮垮落,威胁工作面生产安全.为解决坚硬顶板悬顶问题,提出水压致裂技术对顶板进行弱化.现场应用效果表明:采取水压致裂措施后顶板卸压效果明显,能够控制顶板及时垮落,工作面来压平稳,支架工作承受载荷在可控范围内,保障了工作面的正常生产.     

煤田火区灾害气体致灾机理

深入了解煤田火区火灾气体侵入井下工作面的作用机制对于保证井下工作面安全回采有重要意义。以乌海矿区一受上覆火区影响的典型工作面为研究对象,考虑地形地貌、地表风向风速、昼夜温差、大气压力变化、地层裂隙及火风压对井下通风系统的影响,采用CFD方法研究了煤田火区与工作面之间的气体流动规律,得到了如下结论:过大的通风静压不利于煤自燃防治工作;可将CO2气体作为上覆火区气体侵入井下工作面的预警指标;煤田火区与工作面之间的压能差是煤田火区与工作面间气体流动的根本原因。     

超化煤矿隐蔽致灾因素分析与治理

为加强矿井安全生产基础工作,做到隐蔽致灾因素清晰明确,防范措施全面有效,有效防范事故发生,郑州煤电股份有限公司超化煤矿通过现场调查、技术分析、物探勘查、钻探验证等综合措施对全区采空区、老窑(井筒)、封孔不良钻孔、褶曲、断层、裂隙、瓦斯富集区、冲击地压、导水裂缝带、地表水体、地下含水体、井下火区等隐蔽致灾因素进行全面普查和梳理分析,查明了矿井开采过程中可能诱发的各种灾变因素,并采取了行之有效的管控措施,为强化矿井安全基础和提高安全保障能力奠定了基础。     

急斜煤层顶板应力叠加效应致灾特征综合分析

针对乌鲁木齐矿区急斜煤层粉砂岩顶板可能面临的突然性断裂垮落所引发的动力灾害问题,采用现场调研、理论分析、数值计算和联合分析方法,综合分析综放短壁工作面顶板集中应力叠加效应诱致动力灾害特征。根据煤岩层赋存条件和开采布局,考虑采场裂隙分布规律和开采扰动影响,采用分区组合方法构建三维有限差分数值计算模型。计算结果表明:① 43号和45号煤层顶板均以其深部区域岩体为“支点”产生倾向和走向撬压效应,两者在空间上的叠加效应加剧了局部岩体的应力集中程度,使顶板岩层破断呈现“破断-平衡-破断”周期规律性;② 两煤层顶板集中应力分别位于其相应工作面南巷南帮的左下方和左上方,距南帮中点20.5和13.7 m;③ 顶板应力集中区走向长度分别为68.2和61.5 m,集中应力峰值分别位于工作面前方28.5和25.3 m,顶板对巷帮应力集中影响系数分别为0.52和0.81。基于研究成果制定了“注水-爆破”耦合致裂顶板防控措施,动力灾害得到有效控制,这为急斜煤层开采顶板动力灾害防控提供借鉴。     

采动覆岩中关键层的复合效应分析

研究关键层的复合效应对深入揭示关键层在采动覆岩中的控制机理具有重要推动作用。本文进一步明确了关键层复合效应的概念,系统分析了关键层复合效应对关键层破断,采场来压,岩层移动,采动裂隙分布以及地表沉陷的影响。     

煤矿主要致灾因素分析与应对策略

为保证矿井安全生产,对常村煤矿主要致灾因素进行了调查和分析,发现井田内及井田周边2#和10#煤层共有采空区积水区24处,总积水量846446m3,对矿井正常生产具有较大影响;采空积气区会对矿井正常生产产生一定影响,必要时需对采空区积气进行抽采,目前井田范围内没有发现煤层自燃现象,对矿井安全生产不造成威胁.     

基于关键层控制原理的淮南矿区煤岩动力灾害分析

采动扰动诱发动力灾害是影响煤矿安全生产的重大难题,根源在于原岩赋存大量弹性能。结合淮南矿区煤岩和构造赋存状态以及历史发生动力灾害的特征,阐述了硬岩关键层控制能量富积区形成机理,分析了关键层控制构造带与软煤层内弹性能积聚的区位一致性,得出关键层控制聚能是煤矿动力灾害发生的决定性因素;通过关键层控制动力灾害的原理,提出保护层区域开采卸压、区域卸压槽切顶、避开断层带应力集中区等措施,达到防治煤岩动力灾害的目的。     

象山矿井隐蔽致灾地质因素分析及防治措施

为切实提升煤矿安全生产管理水平,有效防范和遏制重特大事故发生,对象山矿井的隐蔽致灾因素进行探究。梳理了象山矿井现有的地质成果,结合煤矿隐蔽致灾因素具有隐蔽性、时变性、突发性、难探测和难预防的特点,对其地面和矿井内的钻孔、煤层气井、地质构造、瓦斯、煤层自燃、煤尘爆炸、老空区和导水裂隙带等因素进行了分析。总结出该矿井内的封闭不良钻孔、瓦斯、奥灰水、导水裂隙带等主要隐蔽致灾因素,并提出了相应的预防和治理措施。     

采动覆岩中关键层的复合效应分析

研究关键层的复合效应对深入揭示关键层在采动覆岩中的控制机理具有重要推动作用。本文进一步明确了关键层复合效应的概念 ,系统分析了关键层复合效应对关键层破断、采场来压、岩层移动、采动裂隙分布以及地表沉陷的影响。     

采空区覆岩结构演化规律及其矿震致灾机理研究

以兖矿集团鲍店煤矿地质条件及开采现状为背景,依据关键层理论以及覆岩运动规律揭示矿震致灾机理,本文分别演示了沿煤层走向和倾斜方向上,工作面回采期间上覆岩层运动过程,分析了103上03（2）工作面矿震震源发生的原因,最后根据研究结果给出了矿震灾害防治措施。     

高应力煤柱多关键层断裂诱冲机理及防治

针对上覆多关键岩层控制条件下,高强度开采的大区段煤柱冲击地压防控技术难题,采用数值模拟、关键层分析和微震监测等方法对某矿31102工作面回风巷区段煤柱冲击地压发生机理及防控方法进行研究。结果表明:回风巷区段煤柱处于高静应力作用下,最高应力集中系数为3.02;工作面上方存在多个关键层,关键层断裂时产生大量微震事件,并以附加动应力形式作用于煤柱,当动应力与静应力之和大于煤柱强度时,煤柱发生冲击。提出了"大直径钻孔预卸压+二次斜交钻孔临场解危卸压"的防治措施,现场实测数据表明方案有效可靠。