浅埋深回采工作面冲击地压发生机理及防治

通过分析新疆某矿一段时间内现场矿压显现情况并结合实测微震和工作面支架压力数据,获得了冲击地压发生机理：坚硬厚层顶板是冲击地压发生的主要力源,采煤工艺影响和支架支护质量低导致顶板压力转移到工作面煤壁上,形成了煤体应力集中和弹性能量积聚,推进速度过快加剧了煤体应力和能量积聚程度,在煤体自身强冲击倾向性作用下导致冲击地压发生。据此提出冲击地压防治原则：避免坚硬厚层顶板的压力转移到煤壁上形成应力集中。具体方法为及时切断坚硬顶板,对煤体进行卸压爆破,并提高工作面支架初撑力。现场实践表明,防治效果明显。     

定向水力致裂坚硬顶板的现场试验研究

依据断裂力学理论,建立了裂纹尖端扩展力学模型,获得了尖端起裂的临界应力及其影响因素,包括垂直应力、水平应力、岩石的断裂韧度、初始裂缝的倾角与直径、注水压力等.研究结果表明:应力达到裂缝尖端起裂的临界应力时,尖端开始起裂扩展.通过坚硬顶板定向水力致裂工业性试验,获得了初始裂缝和注水压力是决定定向水力致裂坚硬顶板效果的关键因素.     

深孔爆破防治煤柱冲击参数优化及应用

针对大煤柱引发的冲击矿压事故多的特点,采用深孔爆破对煤柱进行弱化处理是防治发生冲击矿压的主要措施之一.根据煤岩体弱化减冲理论,爆破可有效转移煤体应力,达到防止动态破坏的目的;对承压大煤柱来讲,采用爆破法对其进行松动弱化的关键在于既要有效对其进行松动卸压,又要保持其一定结构上的完整性;深孔爆破后形成的"三带":压碎带区、破裂区和弹性震动区,利用破裂区划定爆破影响范围的界限;以钻屑法作为判定煤柱弹塑性区的手段,综合分析爆破理论和实际合理设定各项爆破参数:孔深、孔距、孔高、装药量及起爆方式等.爆破后煤柱钻屑量指标大幅下降,证明设置的爆破参数合理,卸压效果明显.实际应用证明深孔爆破作为防治冲击矿压的主要手段,是可以广泛利用和推广的.     

坚硬顶板磨砂射流轴向切顶防冲技术研究

为了探索煤矿坚硬顶板处理的新方法,引入坚硬顶板磨砂射流轴向切顶技术,通过开展工业性试验,确定了割缝、压裂的关键技术参数,并进行了防冲工程实践,采用水压仪、钻孔窥视和观测孔出水观测、微震监测、支架压力监测和煤体应力监测等方法进行了效果检验。研究结果表明,割缝参数为：割缝深度200 m,割缝长度300 m,割缝压力40～50 MPa;压裂参数为：压裂压力50～55 MPa,压裂时间20～30 min;割缝、压裂后有效促使了顶板岩层裂隙的产生和扩展,破坏了顶板的完整性,压裂半径10～20 m。相较于传统爆破切顶防冲技术,采用磨砂射流轴向切顶和爆破组合处理后,微震事件集中区域由超前工作面80 m转移至130 m,微震能量释放以小能量事件为主;周期来压步距明显降低,采动应力影响范围和应力集中系数明显减小,围岩活动强度和动载效应明显减弱,取得了良好的防冲效果。     

宽沟煤矿坚硬厚层顶板下冲击地压危险时期的微震特征及解危措施

针对某矿坚硬厚层顶板条件下采煤工作面发生的冲击地压灾害,分析了灾害发生的原因并提出了防治原则。采用数值模拟和物探方法确定了工作面在3面采空条件下的冲击地压危险时期和危险区域。冲击地压危险时期的微震监测结果表明：围岩破坏高度比非危险时期显著增大,围岩震动呈现出高能量和低频次的特征,工作面推进度宜控制在3.2 m/d以内。在冲击地压危险时期采取了工作面架间切顶爆破的措施,经电磁辐射和微震监测检验,有效降低了工作面前方煤体应力,取得了较好的解危效果,保证了工作面在冲击地压危险时期的安全。     

坚硬顶板工作面高静载型冲击地压防治研究

为研究坚硬顶板综放工作面冲击地压的主控因素和防治技术,采用微震监测系统和冲击地压应力监测系统通过分源监测分析,研究了工作面冲击地压发生的主控因素,并针对主控因素开展了防冲击地压实践。结果表明:冲击地压主控因素为高静载、强矿震和低支护强度。实体煤侧静载为30.16～84.48 MPa、煤柱静载为27.84～41.04 MPa,易达到发生冲击地压临界载荷;顶板破断前后,常引起高能事件的发生,以动载的形式作用,加剧煤体的应力集中;多因素使得发生冲击显现的巷道变形区域的支护强度比较低。开展了现场控制实践,煤体卸压分阶段多轮动态卸压,对顶板进行深孔预裂爆破,采用锚索梁加强支护,措施实施后大能量矿震发生时,提高了巷道抵抗冲击能力,降低了矿震诱发巷道变形的频次和强度。     

断层对工作面冲击危险影响的数值模拟分析

要采用FLAC4．0数值模拟程序,研究了深部断层带附近采动影响下支承压力的变化规律。结果表明,受断层带的影响,工作面前方应力集中系数K、也即最大支撑应力与工作面距断层的距离L呈乘幂关系：K=22．069L-0．4431。研究认为,工作面距断层越近,冲击矿压危险性越大,当工作面推进至断层带20-30m附近时,冲击危险性明显升高,必须采取煤层卸压爆破、大直径钻孔卸压或煤层注水等防冲措施。     

采空区上方巨厚硬岩破断的力学分析

某矿Ⅱ102采区上方有厚度高达120m的巨厚硬岩,该采区走向长560m,巨厚硬岩直至回采结束也未破断,地表下沉量较小,严重威胁后续工作面的安全生产。利用薄板理论对此进行理论分析,并通过纳维叶解法得到挠度的解析解,进而得到硬岩破断时的应力表达式,从而用反推的方法得到硬岩破断时的极限跨距,并进一步得出10煤采空区的宽度,为实际生产提供了理论指导。     

煤矿开采冲击地压启动理论

 依据微震监测结果,通过总结分析,指出冲击地压发生过程经历3个阶段,将冲击地压重新分为集中静载荷型和集中动载荷型,建立2种类型的工程结构模型,分析各自冲击启动的能量判据,引进“不确定性系统分析法”,提出统一的煤矿开采冲击地压启动理论。结果表明,采动围岩近场系统内集中静载荷的积聚是冲击启动的内因;可能的冲击启动区为极限平衡区应力峰值最大区;应用冲击启动理论能够揭示2类典型冲击案例冲击过程,并将冲击地压的时间序列与空间序列对应起来,为冲击地压监测与防治提供指导。     

岩石定向水力致裂应用研究

为研究初始裂缝尖端起裂的条件和所需注水压力,依据断裂力学的复合型裂纹的脆性断裂理论,建立了裂缝尖端力学模型,给出了计算方法。并通过数值模拟分析了影响尖端裂缝起裂的因素,揭示了初始裂缝尖端在注入高压水后形成高拉应力集中,初始裂缝尖端在拉应力作用下起裂,注水压力越大拉应力集中程度越大。通过进行现场试验,取得了良好的效果,并验证了理论分析和数值分析的可行性。