冲击地压巷道减隔震技术原理及应用

冲击地压是煤矿开采过程中最严重的动力灾害之一,对煤矿安全开采造成了极大威胁。统计表明,约90%的冲击地压发生在巷道中,致使巷道损坏、垮冒甚至闭合以及人员伤亡。巷道支护已成为防治冲击地压的最后一道防线。基于冲击地压巷道围岩破坏过程及关键影响因素分析,研究了深部冲击地压巷道减隔震技术手段和实现方法,有效保护了巷道围岩结构的整体稳定性。提出了冲击地压巷道减隔震技术原理:隔震技术是在支护层与原岩之间致裂形成具有显著消波吸能作用的松散煤岩体,吸能机理主要体现在块体松散吸能、旋转吸能、空间散射吸能、反射吸能4个方面;减震技术通过锚杆锚索、O型棚、防冲单元架等支护构件的大延伸及让压位移,经过减震支护构件的强散射和释能作用,保护巷道支护锚固体在瞬间高冲击动载作用下的整体移动性和让压位移特征;隔震+减震的双重组合保护效应,实现了巷道围岩消波降载支护体整体释能抗冲的性能特征,从而维护冲击地压巷道围岩的稳定性。现场实践和微震监测显示:减隔震技术可以有效控制冲击地压巷道变形和破坏,巷道表面监测的微震能量降低了50%,巷道支护效果显著。     

煤矿褶皱构造区冲击地压机理研究及防治实践

针对胡家河煤矿402103工作面褶皱构造区开采期间煤岩应力异常和强矿震事件频发问题,基于数值模拟和现场实测方法分析了褶皱构造区工作面回采期间顶板、煤层和底板的应力演化特征,探讨了褶皱构造区冲击地压发生机理。模拟结果表明:工作面开采至褶皱构造不同区域时,褶皱构造区垂直、水平应力场分布具有明显的分区特性;褶皱构造区工作面开采时,水平应力起主控作用,开采至背斜轴部区域时顶板围岩稳定性降低,开采至向斜轴部区域时底板围岩稳定性降低,开采至翼部区域时煤层稳定性降低;基于煤矿褶皱构造区冲击地压发生机理,制定了402103工作面巷道围岩系统的顶板、煤层定向爆破释能降载防治方案,卸压后日均微震总能量下降47.6%,日均微震总频次上升16.7%,有效降低了工作面冲击危险性。研究结果对煤矿褶皱构造区工作面开采动力灾害防范具有一定借鉴意义。     

采动巷道矿压显现特征及力构协同防控技术研究

以西北地区典型冲击地压矿井为工程背景,研究采动巷道冲击地压力构协同防控技术的有效性,通过对典型厚硬顶板条件下重复采动巷道冲击地压显现特征及主控因素的分析,采用"点-面-区"相结合的方式对深部厚硬顶板采动巷道应力分布进行了探测,确定了回风巷冲击地压严重的主要原因为区段煤柱侧向覆岩结构破断和采动应力的叠加作用。提出冲击地压防治要从采动巷道围岩结构和应力环境双方面入手,通过调整采动巷道围岩应力环境,人为干预高低位岩层破断位态,增加高低位厚硬顶板破断所释放弹性能量的传递损耗,优化巷道围岩支护参数,提高工作面超前应力峰值附近巷道刚性支护系统瞬时吸能让压能力,并根据采场煤层赋存条件、围岩结构特征和应力环境不断改变的特点,动态调整各种措施的时空组合方式进而实现采动巷道的围岩稳定性控制。通过典型冲击地压工作面现场防冲实际,验证了采动巷道冲击地压力构协同防控技术的有效性,为西北地区深部厚硬顶板条件下采动巷道冲击地压防治提供理论指导。     

微波辐射降低硬煤冲击倾向性试验研究

如何有效地改变煤岩体物理力学性质是冲击地压防治领域亟待解决的关键难题,而微波致裂弱化法是解决这一难题的新途径。为探究微波致裂弱化法降低硬煤冲击倾向性的实效性,采用自主研制的微波辐射试验装置与C46.106型MTS电液伺服试验机,开展了煤体微波致裂弱化试验,研究了微波辐射对煤体的动态破坏时间、冲击能量指数、弹性能指数、单轴抗压强度和纵波波速的影响规律,确定了降低煤体冲击倾向性的最优微波参量范围;在此基础上,研究了微波辐射下冲击倾向煤体的损伤致裂效应,分析了微波对煤体的热效应、煤体损伤因子与微波参量之间的变化关系,揭示了煤层巷道微波致裂弱化防冲机理。结果表明:(1)微波致裂弱化法能有效降低或消除煤体冲击倾向性。煤体微波致裂后,煤样峰值强度大幅下降,应力-应变曲线峰后段应力降增多,使峰前积聚的总能量降低且分级释放,煤体由脆性向塑性转变;同时,煤样载荷-时间曲线峰后段表现出多台阶、分级跌落的特征,煤体积蓄的弹性能减少,从而导致煤体各项冲击倾向指标均有不同程度降低。(2)微波辐射对煤体的减冲效果表现为能量阈值现象,而在微波能量恒定条件下高功率-短时间的能量组合更有利于煤体减冲。(3)微波对煤体内各矿物的选择性热效应使煤体产生热破裂,表现为煤样表面出现多条纵向裂缝以及与之垂直的分支裂隙。(4)煤样冲击倾向性与煤样纵波速度存在显著相关性。微波能量及其辐射强度越大,煤体纵波波速降幅越大,则煤体冲击倾向性越小。(5)煤巷微波致裂弱化防冲机理在于,通过增大冲击地压发生的临界塑性软化区半径,引起巷道围岩高应力区向深部转移,提高巷道围岩塑性软化区对弹性区释放能量的耗散能力;同时,煤体峰后软化模量显著降低,导致冲击地压发生的临界载荷增大,从而降低巷道发生冲击地压的可能性。     

尖端形态对磁铁矿石破碎特性的影响研究

如何降低磁铁矿石碎磨能耗是业界的重大课题。针对磁铁矿石生产过程中外观形状的高度不规则性,明确尖端形态对破碎特性的影响,为降低破碎能耗提供理论支撑。利用HOG特征提取法提取了磁铁矿石的尖端形态,运用导杆式落锤冲击试验系统,对不同尖端形态的磁铁矿石进行了冲击破碎试验。研究表明,HOG图像特征提取法提取尖端形状为单棱端、三棱端和平端;尖端突起促进了冲击破碎,且尖端部位和尖端对应的底部先破坏,以此为初始点,破坏逐渐向其他部位扩散;尖端磁铁矿石的冲击力时程曲线主要分为冲击力高幅快速震荡阶段和冲击力震荡平稳阶段,低尖端突起量冲击力高幅快速震荡阶段最显著,尖端突起量增大促使冲击力震荡平稳阶段逐渐显著,且具有良好的冲击稳定性;随着单棱磁铁矿石斜面幅度的增加,冲击力震荡平稳阶段逐渐显著。     

卸矿站冲击气流分布规律及影响因素研究

卸矿站卸矿时产生的冲击气流是诱导粉尘产生的主要原因,严重污染卸矿站及联巷作业环境。通过建立卸矿站气固两相流数学模型,运用Fluent软件对冲击气流产生过程及影响因素进行模拟研究。研究表明：冲击气流的大小对卸矿站粉尘运移有着直接影响;卸矿冲击气流最大值与卸矿量、矿石粒径均呈正比例关系;模拟结果与实测结果一致,为卸矿站冲击气流及粉尘的治理提供依据。     

某矿孤岛工作面冲击地压防治技术

某矿3206不规则孤岛工作面受周围采空区侧向支承压力影响,发生冲击地压的危险性高。采用FLAC3D模拟该工作面回采期间应力分布规律,得到不规则区域是冲击地压防治的重点。采用煤层注水和钻孔爆破对危险区域进行超前卸压,通过钻屑法对卸压效果进行检验,卸压后最大煤粉量均未超过3.0 kg/m,卸压效果明显,实现了防治冲击地压的目的。     

窑街矿区冲击地压防治技术

冲击地压是煤矿重大灾害之一,窑街矿区的3对矿井先后被评价为冲击地压矿井,经过分析和研究,该矿区冲击地压发生机理为厚硬顶板破断产生大能量震动,静载应力集中和矿震动载扰动叠加作用.依据冲击地压机理制定了冲击地压治理技术方案,矿区冲击地压发生的频率和能量得到有效控制,为矿井安全生产提供了保障.