急斜煤层浅部矿震机理及防治

为了防治急斜煤层浅部综放开采出现的矿震灾害及深刻理解其机理,采用物理相似模拟实验进行了研究。研究结果表明,急斜煤层浅部矿震机理为单个煤柱失效后,进而引起采场煤柱连锁失稳,最终导致巨厚覆岩大面积垮落,产生矿震,其本质是空间结构失稳造成,由此提出"空间结构破坏型矿震"观点;结合生产实际,提出控制此类矿震的关键在于控制综放段上覆浮矸厚度,留设足够厚度的隔离煤柱和提前预爆破顶板的防治措施。     

非煤矿山采空区光纤监测研究

非煤矿山采空区大面积垮落会引起地表开裂、塌陷、矿震等恶性事故,为了对采空区进行监测,开发了基于先进的光纤传感技术的光纤位移、应力和微震传感器,将这些传感器进行集成,建立针对非煤矿山采空区的监测系统,并在铁矿进行了现场示范。试验结果表明,基于光纤传感技术的非煤矿山采空区监测系统运行良好,试验数据可信,具有很好的推广潜力。     

地面压裂坚硬顶板对矿山压力显现影响的实验研究

地面压裂是控制煤矿坚硬顶板减少矿山压力灾害的一种新方法。但该方法的有效性以及地面压裂形成的水压裂缝的产状对矿山压力显现的影响尚待进一步研究论证。通过物理相似模拟实验，在模型中坚硬顶板内分别不预制裂缝、预制水平裂缝和预制垂向裂缝并模拟煤层开采，研究了采动过程中顶板的周期垮落、坚硬顶板的破断和工作面的矿压响应。研究表明，随煤层开采覆岩呈 “ ”型垮落规律，即先垮落采空区上方A区域，然后沿工作面推进方向垮落与A临近的B区域，再垮落A、B上方的C区域，间隔一定周期B、C区域同时垮落；受水平裂缝影响，顶板周期垮落步距平均缩短23.08%；受垂向裂缝影响平均缩短19.23%；含水平裂缝和垂向裂缝的坚硬顶板均提前破断，平均破断步距缩短10.23%；工作面推进至裂缝影响区时，覆岩作用在开切眼煤壁附近的矿山压力和工作面超前支承压力降低，表明压裂坚硬顶板可降低工作面矿压。研究成果对于揭示覆岩垮落规律、地面压裂控制矿压显现规律和矿山压力灾害防治具有重要意义。     

开采扰动区(EDZ)内层状围岩变尺度损伤及失稳预计实验及综合分析

在地下开采中常遇到层裂影响围岩力学行为,考虑到安全支护载荷及衍生动力灾害的可能性及工程应用,基于现场工程调查和室内多尺度煤岩动力破坏规律实验观察,建立了物理相似模型,完成了基于声发射(AE)的采空区覆岩变尺度损伤与断裂的模拟实验,对开采扰动区工作面周期来压(4个阶段)、围岩破裂与损伤的声发射特征参数(总事件与能率以及隐含的临界敏感性)等多元信息进行了综合比较,获得了老顶来压强度及支护阻力的定量化指标,这为工程现场EDZ内顶板大范围破断、围岩稳定性、破碎岩体失稳垮落等监测与控制提供依据。     

交错式充填对采空区上覆岩层的影响

针对充填开采成本较高、条带开采煤炭采出率较低等问题,根据某矿的地质资料,运用FLAC3D软件模拟交错式充填法和垮落法开采过程中上覆岩层的应力分布、垂直位移变化情况.结果表明：当采高为1 m、煤层距地表178.8 m时,垮落法开采的采空区中部出现0～4.1 MPa的拉应力;交错式充填的采空区上部压应力为2.0 ～3.0 MPa,采空区充填区域压应力为3.0 ～4.0 MPa,应力均小于原岩应力.垮落法采空区中部上覆岩层位移最大,向两侧逐渐减小;交错式充填采空区上覆岩层的位移较小,最大下沉量为0.006 m.在降低充填成本的情况下,交错式充填法能够有效控制采空区上覆岩层应力分布和下沉量,为“三下”采煤提供理论依据.     

采空区垮落带注浆加固实验

防治铁路下伏采空区在列车运行动载荷作用下,诱发原本处于相对平衡状态的垮落带岩体重新"活化",保证快速运行列车的安全,通过分析采空区垮落带的破坏形式和特征及水泥砂浆注浆作用机理,进行水泥砂浆配比实验和采空区垮落带注浆模拟实验.研究结果表明:砂浆的稠度、表观密度和7d强度与水玻璃的掺量密切相关;砂浆易于充填采空区垮落矸石间隙并形成强度很高的结石体,大幅度提高了垮落带的稳定性和承载能力,为铁路下伏采空区注浆治理设计提供了科学依据.     

采场冲击气浪的灾害模拟

为了进一步研究采场顶板垮落冲击引起的暴风灾害,采用采场顶板动力冲击机理理论和数值模拟的方法,研究了暴风形成的机理.结果表明:项板大面积垮落时动力冲击和采场压缩空气冲击气浪灾害并存的数学模型是合理的:给出了运输平巷与回风平巷中形成暴风的流速的理论公式,以及处于暴风中的物体所受作用力的理论公式.该研究对井下预防顶板垮落冲击引起的暴风灾害具有一定的参考价值和指导意义.     

基于组合岩层结构失稳特征的地表沉陷扩展机理

将采场上覆岩层划分成若干组合岩层结构,通过组合岩结构失稳特征解析地表沉陷扩展机理.分析了组合岩层结构梁体和支撑体的破坏时序与地表沉陷扩展之间的内在联系,认为组合岩层结构后部支撑体破坏滑入采空区是造成地表沉陷扩展的根本原因.提出了组合岩层结构垮落至地表沉陷过程的量化方法,以煤岩体塑性软化及损伤为理论指导,推导了结构后部支撑体破坏宽度的计算公式.结合岩层垮落三带分布及岩体破坏膨胀规律可知组合岩层结构垮落扩展次数.根据沉陷扩展机理及量化公式对铁法晓楠矿SW4102和SW4103工作面进行工程实例计算.     

首采面深孔预裂爆破强制放顶技术的应用

在煤矿生产过程中,顶板事故占较大比例,尤其是煤层顶板比较坚硬、完整的长臂综采工作面。综采放顶煤工作面一般采取自然垮落法,随着工作面的推进,采空区悬顶面积不断扩大,当采空区大面积瞬间垮落时极易形成飓风和强大冲击压,造成人员伤亡、设备损坏和瓦斯瞬间涌出等事故。本文通过大同焦煤矿8301综采工作面,采用深孔预裂爆破进行强制放顶,安全圆满地解决了初采初放问题,总结出了一套适合本矿三采区4#煤开采的放顶经验,保证了安全生产需要,取得了良好的社会和经济效益。     

综放工作面基本顶层位与极限跨距确定

为确定中煤平朔集团井工一矿4106综放工作面基本顶层位和极限跨距,考虑基本顶沉降值、采空区残留浮煤厚度、碎胀系数等因素,初步确定了采空区的冒落带理论高度;根据覆岩结构向高位转移后的平衡条件,判断顶板上方13.12 m以远的粗砂岩为基本顶1;根据组合梁等理论公式,计算了该工作面顶煤、直接顶、基本顶的载荷值,确定了顶煤、直接顶、基本顶的初次垮落步距、周期垮落步距,结果与矿压观测结果基本吻合。     

关于山西地质灾害调查与区划的思考

通过参与对山西省北、中、南部县市地质灾害调查与区划工作，认为山西地质灾害调查与区划工作应以矿山(尤其是煤炭矿山)开采和人工开山修路等人类工程活动引诱发的人为灾害为主，展开工作。矿山开采引起的地面裂缝与地面塌陷是山西的首要地质灾害，其次为开山修路引起的崩塌、滑坡和泥石流地质灾害。总结了山西地质灾害调查与区划的一般工作方法。     

大地震时空窗口研究

 依据《地震应可预测》一书收录的自中国初建电信传输台网以来,涉及近半个世纪的地震活动性图像,震级跨度自M3.0—M4.0级中强震至M8.0级大震,着眼于地震大尺度的观点,将中国地震的活动性图像置于全球地震活动框架中进行分析研究。认识到大地震不是任何地方都能发生的,大地震不是任何时间都能发生的,大地震有其特定的时空结构。条环交会、差异活动和深震与天外来客事件等是制约发震时空窗口的主要因素。条带与圆环的交会基本上有三种类型：条带与条带、圆环与圆环以及条带与圆环。研究了空区的特征形态,认为似用屈曲传递动力的组合环节以解释可能更为合适。因之重点应着眼于对其两者(活跃与平静)的差异性组合。鉴于大地震发震时刻窗口经常处在天外来客的节点上,因之我们尚需关注那些非随机的天外来客事件。本文阐述了制约发震时空窗口的诸多因素,这些因素也已在2011年3月11日M9.0东北日本大地震观测中得到了印证。     

浅埋薄基岩矿井工作面超前支承压力分布规律研究

通过现场安设不同深度的钻孔应力计对某浅埋深薄基岩煤矿的工作面超前内部应力分布进行了监测。基于采集的应力数据,本文对工作面内部不同深度处超前应力环境进行了分析,给出了该矿工作面煤壁超前应力受采动影响的范围,并给出了煤壁附近顶板发生侧向断裂的范围。该研究结果对矿山灾害的预防有指导作用。     

矿区水害监测预警方法与应用研究

矿区水害是矿产资源开采中常见的一种灾害,一旦发生事故,不仅影响生产,造成经济损失,而且易发生重大伤亡事故。矿区水害监测预警系统通过探针接收地球内部向地表发射的电磁波,应用现代信号分析处理等技术提取地下水动态信息、裂隙信息等,有效解决矿区导水断层、老空区的探测和定性定量分析问题。系统已成功用于湖南黄沙坪铅锌矿非法呆区探测、南阳煤业公司前进煤矿局部地下水分布探测、娄底桥溪港煤矿水害综合治理等实际工程,应用效果表明矿区水害监测预警系统可以准确有效地探测地下水径流带、地下采空区或裂隙等。     

浅谈如何提升矿山救护队应急救援能力

矿山救护队是处理矿井火、瓦斯、煤尘、水、顶扳等灾害事故的专业队伍.介绍了新时期矿山救护队面临的更加繁重复杂的抢险救灾任务,阐述了如何提升矿山救护队应急求援能力.     

大跨度桥梁数字强震动监测系统研究

国内外近几十年来的破坏性地震震害表明,强烈地震是导致桥梁结构严重破坏甚至倒塌的主要原因之一。鉴于特大桥梁的运营安全性和结构重要性,许多国家加强了桥梁强震的观测和研究。我国是世界上地震灾害最严重的国家之一,2008年5月12日,四川汶川发生8.0级大地震,6140座桥梁受损。对桥梁进行强震观测,实时监测桥梁结构受震动情况,及时有效地组织抗震救灾,并为桥梁抗震设计规范提供科学依据,将对生命安全和减少财产损失非常重要。本文基于悬索桥的地震响应分析,探讨了大跨径桥梁数字强震动监测系统方案,以期为桥梁的地震灾害预防、工作状态诊断和病害处治提供帮助。     

矿井充水因素分析

对沛城煤矿矿井充水因素分析得出结论:水源与通道的自然组合即构成充水因素:其中,奥灰岩溶水通过岩溶陷落柱与断层带是矿山重大水害的主要充水因素,顶板砂岩水与破碎带和构造裂隙的组合是煤层回采过程中的充水因素,人为采掘活动也是矿井充水因素的重要方面。指出合理留设防水煤柱超前探放水,执行预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采的原则能有效地控制和防止水害。     

陷落柱的三维地震信息解释

针对邱集煤矿在岩巷掘进过程中发生的重大突水事故,结合矿井地质和水文地质信息,利用三维地震数据动态解释技术和地震属性技术,确定了陷落柱的存在及其平面位置、发育高度、空间形态。结果表明,该陷落柱位于出水点东南280 m处,平面长轴长度约为200 m,短轴长度约为150 m,高度为50～80 m,空间形态类似于烟囱体和盐丘体。该结果可为矿井防治水害提供水文地质依据。     

特厚煤层综放工作面矿震诱发机理及防控技术： 以龙王沟煤矿为例

针对陕蒙地区矿井普遍具有煤层埋深大、厚度大、顶板坚硬，开采过程中不易及时垮落，造成矿震现象频发等特点，以某煤矿特厚煤层综放工作面为工程背景，通过对典型厚硬顶板条件下矿压显现特征和主控因素的分析，采用理论分析、现场实测和工程实践相结合的方式对厚硬顶版破断型矿震诱发的因素和防控技术进行了探讨，认为工作面出现矿震现象主要是高位顶板坚硬岩层采后不易及时垮落等单一或多因素耦合作用影响，应力叠加传递造成的，关键应从两顺槽及回撤通道对工作面高位坚硬顶板进行处理，避免弹性能的集聚与传播、阻断应力传递路径，通过水力压裂等人工干预的方式改变来压步距，减少悬顶结构、提前释放能量，从源头上减弱矿震发生频次及危害程度，进而实现采场围岩稳定性控制，为坚硬顶板条件下矿震防治技术提供理论借鉴。     

坚硬顶板煤层条带开采的采留宽度

针对坚硬厚层顶板煤层采用长壁开采容易形成大面积悬顶的问题,根据黑龙江省某矿地质条件,采用理论计算和数值模拟方法,研究了条带开采的合理采留宽度。结果表明,该矿条带开采采出宽度为30 m,煤柱留宽为21.73 m较为合理,条带煤柱稳定性较好。理论计算和数值模拟结果一致,为避免顶板大面积垮落、保护地面建筑物安全和矿井生产安全提供了依据。