不规则煤柱影响下旋采工作面冲击地压防治技术

唐口煤矿3303工作面初采期间存在多个不规则煤柱,对工作面的围岩应力状态和分布规律造成了不利影响,工作面存在冲击地压发生可能性。为了防止工作面初采期间冲击地压的发生,对工作面初采期间的应力状态进行了数值模拟研究,分析了倾斜推进、旋采和水平推进3个阶段的工作面围岩应力状态变化及其冲击危险性,划分了6个冲击地压危险区域。回采过程中对危险区域进行应力监测,若发现危险立即采取放炮卸压措施解除冲击地压危险。实践证明通过冲击地压危险区域的划分和危险性分析．继而采取相应防范措施可有效地防止工作面冲击地压的发生。     

我国煤炭深部开采冲击地压特征、类型及分源防控技术

我国煤炭资源大规模步入深部开采,深部开采冲击地压事故频繁发生,为了厘清深部开采冲击地压特点、启动类型以及防治与浅部开采的区别,为深部开采防治冲击地压提供理论与技术指导,以我国煤炭资源深部开采冲击地压特征研究为切入点,从诱发冲击地压的载荷源角度,结合工程实例,建立力学模型,研究提出了我国深部开采冲击地压的3种类型,最后提出了深部开采巷道冲击地压动静载荷分源防控方法。结果表明,我国煤炭深部开采冲击地压特征总体表现为因基础静载荷充足,发生门槛降低,冲击显现位置点多面广,发生原理隐蔽性、自发性、时滞性占比大,防治范围扩大,应力恢复快,高强度、长时效卸压要求突出;将我国煤炭深部开采冲击地压划分为3种类型,即深部动静载叠加型、深部高静载加载型、深部高静载卸荷型。深部动静载叠加型,因深部煤炭资源高地压环境,与浅部相比,较高的基础静载荷获得微动载扰动、叠加可发生冲击地压。深部高静载加载型冲击地压,其静载荷缓慢对极限平衡区加载过程冲击是材料失稳,导致工程结构体结构动力失稳的结果,而深部高静载卸荷型冲击地压,其高静载荷最小阻抗带减小,静载荷卸荷过程是围岩结构稳定性遭到破坏,导致工程结构体材料动力失稳的结果...     

一次成孔300 mm煤层大直径钻孔防冲效能试验

为了解决冲击地压煤层卸压钻孔一次成孔孔径小、卸压半径小、防冲效果差等问题,在煤层大直径钻孔卸压作用机制研究基础上,开发了针对冲击地压煤层的一次成孔300 mm大直径钻孔技术装备,开展了300 mm大直径钻孔技术防冲效能工程试验研究。结果表明：研制的ZDY20000LK钻机具有施工一次成孔300 mm大直径钻孔的能力,利用视频监控系统可进行远程操作,大幅提高了钻机施工自动化水平和作业人员安全;从孔径角度来看,300 mm卸压钻孔弱化煤岩体的效果比150 mm卸压钻孔弱化煤岩体的效果提高18.5%;从孔间距角度来看,0.6 m的孔间距弱化煤岩体的效果比1.0 m的孔间距弱化煤岩体的效果提高7%,可见提高孔径可更大程度地提高钻孔卸压的能力;从时间角度来看,施工300 mm大直径钻孔卸压1周后,巷帮围岩支护区外的中等冲击危险性区域基本消失,弱冲击危险性区域所占面积下降89.7%;在支护区内2个弱冲击危险性区域面积分别下降85.8%,91.2%。实践表明一次成孔300 mm煤层大直径钻孔可显著提升防冲效果。     

冲击危险性分源权重综合评价方法

针对冲击地压综合监测如何设计及评价结果如何判断的问题,从诱发冲击启动的载荷源着手,提出冲击地压分源监测评价的理论,建立冲击地压分源权重综合评价模型,并开展实践应用研究。结果表明:冲击地压监测以激发冲击启动的载荷源为靶目标,分别对集中动载荷源,集中静载荷源开展分源监测,同时依据载荷源类别、产生原理、时空特征进行方法,方位确定;对不同监测物理量进行归一化处理,采取连续监测数据作为样本分析,通过熵权法进行计算,确定各监测指标对冲击地压贡献率的大小,计算其权重,避免了人为定权的主观因素影响;将分源监测结果进行量化后与权重进行加权计算,并对计算结果采用置信度识别原则,通过验证分析,分源权重综合评价方法能够反映出当前危险程度及发展趋势。     

基于高精度微震监测的煤岩破裂与应力分布特征研究

采用“最佳D值”设计准则对微震台网最佳布设方案进行了理论研究，得出最优台站布置点即为以震源位置为中心的正n边形的顶点；提出了微震台网布设一般性的原则和P波波速测定方法。采用ARAMIS M/E微震监测系统，对千秋煤矿21141工作面围岩破坏和应力分布特征进行了研究，据此划分了冲击地压的3个高危险区域；指出21141工作面开采已经引起了巨厚砾岩的运动，开采过程中容易诱发底板型冲击地压，应采用放炮断底的解危措施；提出21141工作面密闭墙与终采线间距应大于50 m，区段煤柱应小于5 m。     

基于震波CT探测的宽煤柱冲击地压防控技术

针对深井区段煤柱冲击地压易发、多发、难防治的难题,以某矿1301工作面80 m区段宽煤柱冲击地压为例,利用数值模拟及微震数据分析,研究了宽煤柱冲击地压致灾机制,采用震波CT原位探测技术评估了宽煤柱区域内冲击危险性,并提出针对性防治方案。结果表明:3号煤层具有弱冲击倾向性,顶板岩层具有强冲击倾向性,已具备发生冲击地压的内在条件,高自重应力、强构造应力提供了基础静载荷,采空区侧向支承压力提供了增量静载荷,当两者叠加导致垂直应力超过冲击临界支承压力时,为宽煤柱静载荷冲击地压的发生提供了力源条件;震波CT原位探测技术以穿透煤岩体的实际震动波射线进行波速反演,反映煤岩体静载荷分布特征及结构特性,建立了以波速异常系数CA和波速梯度系数CG为主要因子的冲击地压危险性评估模型;鉴于宽煤柱冲击区域采掘空间实际条件,设计布置近完全观测系统观测方式,采用震波CT原位探测技术反演评估得到宽煤柱测区内冲击危险指数C=0.5~0.7,表明冲击发生后,宽煤柱仍然存在静载荷集中区域,具有中等冲击危险,并且运输巷侧冲击危险指数较采空区侧高,表明煤柱应力由采空区侧向运输巷侧转移,局部区域煤体破碎易冒顶片帮;制定了基于静载荷疏导的多层次防冲技术:大直径钻孔预卸压转移巷帮集中应力,耗散弹性应变能,确定合理日进尺为2.4 m,降低开采扰动,巷道全断面补强支护,提高围岩抗冲击能力;通过上述措施,现场监测宽煤柱煤体应力未发生突增,微震能量及频次变化平缓,1301工作面已安全回采宽煤柱区,防治效果显著。     

构造应力场煤巷掘进冲击地压能量分区演化机制

在新建深部矿井,原岩应力区煤巷掘进冲击地压问题日益突出,且现场破坏具有区间性和方位性特征,为揭示这一机制,针对深部构造应力场条件下的煤层掘巷,基于数值模拟和理论分析研究,建立不同掘进速度下围岩弹性能空间分区演化模型,划定能量非稳态释放边界,分析其分布形态与能量特征,结论与现场实际破坏情况较为吻合。研究结果表明:依据弹性能所处状态及变化特征的不同,构造应力场煤巷掘进围岩在空间上可划分为6类区间,顶底板内同时分布能量积聚区和释放区,而巷帮仅存在能量释放区,这与最大主应力的做功特征密切相关。掘进速度增大时,围岩弹性能释放区的走向范围将同时向两端扩展,非稳态释能边界沿走向不断拉长,具有冲击风险的范围不断扩大。构造应力场中,巷帮潜在冲击启动区位于工作面附近,其冲击发生必要条件包括高原岩应力和快速掘进。巷帮和工作面潜在冲击启动区均位于围岩浅部。由于滞后区顶底板能量非稳态释放前积聚水平更高,加上顶板和帮部支护作用,导致底板滞后区冲击破坏强度要大于工作面附近顶底板和巷帮冲击破坏强度。研究结论与构造应力场现实冲击案例较为吻合,对构造应力场煤巷掘进冲击地压监测预警及解危方法的研究具有参考意义。     

黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征与防治

陕西省现有12对冲击地压矿井主要集中在黄陇侏罗纪煤田深部开采区,介绍了黄陇侏罗纪煤田冲击地压矿井地质开采条件与显现特征,结合黄陇侏罗纪煤田彬长矿区、永陇矿区各矿井煤岩层冲击倾向性鉴定、矿井、采区、采掘工作面冲击危险性评价以及防治冲击地压方案研究成果,总结分析了黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征,彬长矿区、永陇矿区冲击地压发生主导因素为褶曲构造与厚硬顶板岩层。开展了建设矿井低应力优化布置,生产矿井及建设矿井的采掘工作面动静载荷源分源调控技术推广,并提出了下一步防冲建议,为黄陇侏罗纪煤田深部开发提供实践指导。     

我国煤炭开采与岩层控制技术发展40a及展望

开采方法与装备及岩层控制技术是保证煤炭正常生产的核心技术。介绍了改革开放40 a来我国采煤方法与装备、岩层控制理论与技术、特殊采煤与矿区生态环境保护技术的发展历程。基于煤炭科学研究总院开采研究分院主持和参与的科研项目,总结了40 a来煤炭开采与岩层控制技术取得的研究成果。包括薄及中厚煤层、厚煤层一次采全高综采技术与装备,厚及特厚煤层综采放顶煤开采技术与装备,及智能化开采技术与装备;采场覆岩运动与破断规律,岩层结构假说,液压支架与围压相互作用关系,及坚硬和破碎顶板控制技术;巷道锚杆支护理论与成套技术,破碎围岩注浆加固技术,及高应力、强采动巷道水力压裂卸压技术;冲击地压发生机理,冲击危险区域评价技术,冲击地压实时监测、预警及综合防治技术;开采沉陷理论,建(构)筑物下、近水体下、承压水上开采等特殊采煤技术,及矿区生态环境保护技术。40 a的研究与实践表明,我国煤矿已形成具有中国特色的煤炭开采与岩层控制成套技术体系,为煤矿安全、高效、绿色开采提供了可靠的技术保障。最后,提出了煤炭开采与岩层控制技术的发展方向与建议。     

煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构

煤矿进入深部开采后,煤岩体物性、应力、瓦斯等因素发生显著改变,开采覆岩扰动范围及动静载荷显著增大,矿井群联动致灾效应与大型地质体控制效应显现,冲击地压、煤与瓦斯突出灾害并存甚至相互转化,煤矿深部开采煤岩动力灾害防控已成为当前亟待解决的问题。针对我国煤矿深部煤岩动力灾害孕灾条件复杂且尚不清楚,相互转化机制不清,快速探测手段、科学有效的防控技术与装备缺乏的现状,凝练了深部开采煤岩动力灾害防控的关键科学技术问题,提出了多尺度分源防控深部煤岩动力灾害的思想,确定了深部开采煤岩动力灾害防控技术的攻关方向,构建了煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构,最终将形成我国煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术体系,为我国煤矿深部开采冲击地压、煤与瓦斯突出和复合煤岩动力灾害有效防控提供理论支撑和技术途径。