全空间立体防控冲击地压技术与应用

以彬长矿区侏罗系18～26 m特厚煤层放顶煤开采为工程背景,在孟村矿401102工作面创新应用全空间立体防控冲击地压技术。通过地面压裂对中位关键层坚硬顶板实施压裂改造,井下顶板深孔预裂爆破对低位关键层坚硬顶板进行处理,降低岩层的整体性及其破断强度;同时结合煤层大直径钻孔卸压,达到防控冲击地压的目的。地面压裂技术对坚硬岩层弱化改性,使得集中应力和能量转移释放,变冲击矿井为不冲击矿井,从源头上消除(减小)冲击地压危险性。为实现冲击地压由井下防御治理到地面源头消冲的突破提供了技术支撑,开辟了冲击地压防治的新途径,为解决类似由上覆关键岩层失稳引起的冲击地压灾害控制提供借鉴。     

深部掘进巷道爆破卸压防治冲击地压技术

针对深部掘进巷道采用大直径钻孔卸压防治冲击地压存在卸压强度低、卸压不及时、劳动强度大等问题,以陕西彬长矿区孟村煤矿401103回撤通道为工程背景,分析了冲击地压发生主控因素,认为煤岩层强冲击倾向性、大埋深、断层构造是诱发冲击地压的主要原因:煤岩层具有强冲击倾向性使得煤岩系统具备发生冲击地压的能力;工作面埋深大导致集中静载荷水平处于高位,降低了冲击地压发生门槛;主承载区高集中静载荷叠加断层能量积聚释放的集中动载荷,极易诱发冲击启动,进而导致冲击地压显现。利用爆破卸压防治冲击地压作用表现为结构重建、应力释放及能量消耗:对掘进巷道围岩支承压力峰值区域实施爆破致裂可在巷道围岩内形成卸压保护带,从而降低煤岩冲击倾向性、削弱高集中应力、增加冲击能量消耗,达到降低冲击地压风险的目的。针对401103回撤通道提出了顶板、掘进工作面、帮部爆破卸压方案,并采用震波CT探测及微震监测对卸压防冲效果进行检验,结果表明:采用爆破卸压方案后,高应力区面积减少了50%,应力集中程度明显降低;微震事件平均能量显著下降,均小于10⁴ J,且微震事件能量无急剧变化,卸压效果良好。     

文家坡煤矿巷道矿压观测及底臌机理分析

为全面了解文家坡煤矿巷道矿压分布和围岩运动情况,掌握巷道变形规律,以4102工作面回风巷为例,根据综采工作面开采的技术和地质条件,研究制定矿压观测方案并进行监测。通过对表面位移、锚杆(索)受力等现场实测和数据分析,研究了锚杆(索)受力及巷道围岩变形规律,评价了巷道支护现状,分析得到了巷道底臌的主要原因。观测结果显示:顶板及两帮围岩稳定,锚杆最大受力为其杆体屈服载荷的42.3%,锚索最大受力为其拉断载荷的29.5%,未达到最大受力载荷,但以泥岩为主的巷道地板在高地应力、采掘扰动、水等共同作用下发生了不稳定蠕变,导致巷道底臌。     

大埋深特厚煤层矿井冲击地压灾害影响因素分析

随着我国煤炭资源的逐步开采,埋藏浅部的煤炭资源已逐渐枯竭,新建矿井开采深度越来越大,冲击地压灾害日益凸显,研究分析冲击地压危害的影响因素,对煤矿安全生产具有重要意义。本文结合陕西某煤矿,探索了大埋深特厚煤层煤矿冲击地压危害的主要影响因素。     

深部矿井复合构造区冲击地压预警方法

以孟村煤矿中央大巷复合构造区周期性冲击地压为背景,在矿井现有的冲击地压监测系统的基础上,根据动静载叠加诱冲原理和冲击启动理论,提出以静载荷的积聚位置、积聚周期和动载荷的来源、供给时间为深部矿井复合构造区冲击地压"四要素"的周期性预警方法.分析认为,深部矿井冲击地压主要因素为静载荷,发生冲击地压的前提条件是静载荷必须重新...     

动力灾害矿井巷道顶板离层特征研究

采用顶板离层观测法,对冲击矿压矿井巷道的顶板离层特点进行实测分析。结果表明:在未采取冲击矿压解危的巷道中测试时,巷道顶板上方深、浅位顶板离层呈非线性变化,离层瞬间发生,深部顶板离层范围20mm～260mm,浅部顶板离层范围22mm～180mm,深、浅部离层稳定时间分别为7～64天和14～58天;在采取冲击矿压解危的巷道中测试时,迎头顶板离层主要发生在上方0～5m位置,离层变化在6～11天趋于稳定,最大离层量1～86mm,高能量“煤炮震动”明显减弱。     

复杂地质条件下掘锚一体快速掘进技术

针对复杂地质条件下掘进工作面作业效率低、安全风险高等特点,以孟村煤矿401103回风顺槽掘进工作面为工程背景,采用EJM2×170掘锚一体机进行施工作业,实现掘进、运输及支护等工序一体化。现场应用表明,施工效率显著提升,应用效果良好。     

冲击地压煤层大型构造区巷道掘进防冲技术研究与应用

对于冲击地压煤矿而言,大型地质构造往往对冲击地压的发生起明显促进作用,甚至起主导作用。研究大型构造影响区掘进巷道的冲击地压防治技术,对冲击地压煤矿具有重要意义。本文结合陕西彬长矿区孟村煤矿,对中央一号辅运大巷穿越DF29断层期间的防冲方案进行不断的探讨和优化,实施"强支护、强卸压",使该巷道顺利穿越了断层,为冲击地压煤矿在大型构造影响区掘进期间的防冲工作提供了参考。     

井上下煤层顶板区域压裂防治冲击地压系统及应用

针对冲击地压局部卸压范围小，连续性低，作业风险高等问题，开展煤层厚硬顶板井上下千米顺层钻孔区域压裂防冲系统与工程应用研究。结果表明，从加载条件来分，顶板主导型冲击地压可分为动静载荷叠加型、高静载荷加载型、高静载荷卸荷型3种类型；厚硬顶板是采掘围岩冲击地压启动区域性静载荷、动载荷供给主体，以提供冲击启动动静载荷源的厚硬顶板为靶点，提出建立煤层顶板地面、井下千米水平孔分段致裂卸压系统，开展顶板千米顺层钻孔区域压裂。通过井上下提前破坏冲击危险区域上覆顶板的完整性，使得载荷向更完整顶板区域迁移，从而为井下掘进、回采提供低应力作业大环境，也使得冲击地压丧失启动的重要载荷条件。分别进行了工作面开采前地面水平井顶板区域压裂防冲技术试验，工作面开采过程中井下巷道水平孔顶板区域压裂防冲技术试验，实践效果显著，形成了冲击地压建设矿井“先压后建”，生产矿井“先压后掘、先压后采”新的灾害防治模式。     

顶板“人造解放层”防治冲击地压方法、机理及应用

冲击地压矿井开展解放层(保护层)开采，能够根本性的改造采掘工作面应力集中程度，从而大范围降低采掘活动空间冲击危险性。针对无解放层可采的单一煤层矿井，为了实现冲击地压煤层区域性卸压目标，提出了煤层上覆主导致灾层位厚硬顶板区域水力压裂“人造解放层”卸压防治冲击地压方法，并建立了工程力学模型，综合采用理论分析、工程验证等方法进行区域性卸压机理及工程试验研究。结果表明，在冲击地压发生载荷供给历程中，通过区域性改造煤层上覆岩层结构与载荷，可以改变冲击地压发生必须的基础静载荷集聚；针对顶板控制型冲击地压矿井，在开拓、准备、回采不同阶段，针对影响冲击地压发生的厚硬顶板开展区域性水力压裂改造覆岩结构与载荷分布，使得巷道掘进及工作面回采期间均处于压裂覆盖范围下的低应力区，实现冲击地压单一煤层顶板产生“人造解放层”效应；顶板区域水力压裂人造解放层卸压防治冲击地压机理为：与压裂前相比，煤层上覆厚硬顶板人为区域性致裂，在走向上使其长梁变短梁，大块变小块，从而不具备大面积悬臂功能，降低由悬空面积增大的顶板断裂带来的动载荷；在倾向方向上也使得其上覆载荷由硬传递变为软传递，降低了压裂区域下方煤层的整体静载水平；在陕...