顶板条带弱化法防治中央大巷冲击地压机制及实践

坚硬顶板是良好的储能体,破断时释放大量弹性能极易诱发冲击地压灾害。以陕西省孟村煤矿中央大巷为研究对象,通过对中央大巷的地质赋存特征、煤层物性力学特征、巷道空间关系和地应力赋存特征进行综合分析,认为高地应力赋存、强冲击倾向性、多巷布置造成的应力集中和上覆易“储能”的坚硬顶板是导致中央大巷冲击地压频发的主要因素。基于此,提出顶板条带弱化法来对巷道上覆坚硬顶板进行致裂弱化,达到防治巷道冲击地压的目的。顶板条带弱化就是指在巷道正上方一定范围的坚硬顶板内通过人工措施沿顶板顺层方向制造平行于巷道轴向的条带状弱化范围,其主要作用是降低能量存储、增加能量耗散和局部结构调整,并对这3个作用机制分别进行了力学建模和分析。最后,在孟村中央大巷采用超长孔水力压裂技术在坚硬顶板内构筑顶板条带弱化范围,借助SOS微震监测系统对比措施前后一定区域内微震事件的能级和显现特征,结果显示措施后监测区域内再无能量大于10⁴ J的微震事件出现,其他等级的能量均出现明显的下降,且能量的集聚区域也发生了一定的改变,也就是说措施范围内坚硬顶板的完整性和储能能力降低,表明顶板条带弱化法取得了良好的防冲效果,同时...     

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。     

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。     

近直立特厚煤层冲击地压致灾过程分析

为了揭示近直立特厚煤层冲击地压发生过程,采用PASAT-M便携微震仪和ARAMIS M/E微震监测系统进行近直立特厚煤层冲击地压致灾因素识别。利用PASAT-M便携式微震仪对水平分层开采形成的"高阶段"区域应力异常进行探测,以及ARAMIS M/E微震监测系统对近直立围岩进行监测,研究了"高阶段"区域的应力分布和围岩的致灾关键层与近直立煤层冲击地压发生关系。结果表明:应力异常和"诱冲关键层"是近直立特厚煤层的冲击地压主要致灾因素,"高阶段"区域致灾因素是煤体高应力集中,"诱冲关键层"是B2-B3煤层之间的岩柱,近直立特厚煤层冲击地压致灾过程是采掘活动扰动下的煤体高应力释放过程和由"诱冲关键层"产生的"诱冲事件"引发冲击显现的过程。     

一次浅埋采场冲击地压发生的原因及防治研究

以宽沟煤矿首次发生在浅埋深的工作面冲击地压为例,分析了工作面冲击地压诱发因素,并结合现场应用提出了防治措施。分析结果表明,工作面发生冲击地压内在因素是具有强冲击倾向性的坚硬顶板,它是煤层能量积聚的来源,煤层的局部应力集中和工作面的支护状态是发生冲击的诱发因素。并结合现场实践提出了加强工作面支护、煤层卸压、底煤处理、顶板处理等防治措施。     

三软松散条件首采综放面矿压规律研究

为分析三软松散条件首采综放工作面的矿压规律,采用支架压力、煤体应力计、巷道位移收敛等监测方法,对首采工作面开采过程的支架初撑力、循环末阻力、来压步距、巷道位移收敛规律以及超前支承压力分布规律进行分析。结果表明:B1003W01工作面支架的初撑力基本未满足要求,60%以上时间初撑力的管理低于24 MPa,60%支架的工作循环末阻力低于24MPa,工作面的平均来压步距为11.8 m,平均动载系数为1.4,巷道顶板位移变化趋势呈正相关变化,采动影响范围为超前工作面50 m范围;超前支承压力影响范围为工作面前方10 m,峰值区在工作面前方2 m处,应力集中系数最大为1.89。     

煤柱下开切巷应力分布分析及治理研究

为了消除宽沟煤矿B4煤层回采后遗留煤柱对下部煤层的影响,通过理论计算及数值模拟分析相结合的研究方法,对上煤层W1145工作面回采后所遗留的煤柱应力在底板传递的规律和下部煤层W1123工作面回采过程工作面应力分布状况进行研究,研究结果表明：B4煤层回采后煤柱应力变形集中区为13.12m|在煤柱铅直应力作用下,下部煤层距离煤柱60m处时,煤岩体内应力明显升高,距离剩20m左右位置时达到峰值|进入采空区后,煤岩体应力快速的降低,在远离煤柱35m后恢复至开采前的应力水平,影响走向范围可达140m。研究采用超前预裂爆破、两回采巷道侧向切顶方式综合处理顶板,以实现消除煤柱应力影响。