回采工作面冲击危险性评价及防治技术研究

唐口煤矿5 3 0 1工作面采深近千米,在高采深条件下,巷道所处的围岩应力环境大为改变,高应力现象将尤为突出,由此带来的冲击地压等煤岩动力灾害已成为影响矿井安全生产的一大难题。为防止深井条件下破坏性冲击地压的发生,该文采用综合指数法进行工作面冲击地压危险性评价,利用钻孔卸压和爆破卸压进行冲击地压防治,为5301工作面安全开采提供了保障。根据对唐口煤矿5301工作面冲击地压危险性评价方法与防治技术的研究,对具有类似条件下的煤层开采,具有相应的借鉴作用。     

浅谈冲击地压工作面危险性的评价方法

在煤炭资源开采深度以及开采强度增加的当下,煤矿矿井冲击地压等动力灾害日益加剧,对煤矿的安全开采产生严重威胁。煤矿冲击地压现象在矿山开采过程中,是比较常见且容易发生的一种动力现象,通常也是矿山压力所显现出来的一种特殊的呈现形式。冲击地压是在人为开采扰动下,岩石的原始受力状态发生变化,原始应力受到破坏,大量弹性应变能积聚在煤岩体内部,受到破坏后应变能突然释放,导致煤体或者煤岩结构内部失稳,进而引起冲击破坏。在一些特殊的工程地质背景条件下,冲击地压可能还会引发一些其他如煤与瓦斯突出、粉尘爆炸、水灾、火灾等的矿井灾害。     

基于层次分析法的冲击地压模糊综合评价

针对煤岩冲击地压存在非线性、模糊性以及不确定性、评价指标繁多而复杂的问题,提出基于层次分析法多指标模糊综合评价冲击地压的方法。通过层次分析法分析各指标的前兆特征与冲击地压联系程度,从声发射、红外辐射、煤岩性质三方面确定煤岩冲击地压模糊综合评价指标及权重,运用模糊综合评价所得评价结果来表征冲击地压危险等级,并通过实验模拟矿区冲击地压发生过程,结果表明综合评价结果与实验结果较为吻合,验证所建立模型的准确性。     

单轴压缩荷载作用下煤岩损伤演化规律的CT实验

冲击地压是煤岩体损伤破坏的特殊表现形式，为了弄清冲击地压的发生机理，利用CT机及其配套专用加载设备，进行了单铀压缩荷载作用下煤岩破坏全过程的细观损伤演化规律动态CT试验，得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩在从微孔洞压密到微裂纹萌生、分叉、发展、断裂、破坏以及峰值后各个阶段清晰的CT图像和CT数。通过对CT数和方差等数据进行分析，得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩的损伤演化规律，为从细观尺度探讨微裂纹的发生、发展提供了依据，可进一步研究煤岩的宏观破坏及其本构关系。     

脆性煤岩损伤模型及冲击地压损伤能量指数

根据脆性煤岩的试验研究结果，采用损伤力学的原理和方法，建立了脆性煤岩的损伤本构模型，对脆性煤岩的损伤力学特性进行了研究。在此基础上，从煤岩损伤力学角度出发，研究了煤岩内部能量转化机制，导出了脆性煤岩损伤能量释放率，分析了煤层发生冲击地压过程中的能量变化，并提出了冲击地压的损伤能量指数这一新的概念，确定了冲击地压发生的必要条件。     

冲击地压震源机理研究

为了进一步理解冲击地压发生的机理,解释冲击地压发生的过程,本文在论述了冲击地压发生的刚度理论、能量理论和失稳理论的统一性的基础上,提出了冲击地压的震源机理,认为冲击地压是一个动力学过程,它包括冲击地压震源的形成,冲击地压应力波的形成及传播和在应力波作用下自由面处岩体的破坏及冲出三个子过程,冲击地压发生所需能量由震源提供,而冲击地压的破坏作用是应力波造成的。利用震源机理分析了冲击地压的发生过程,揭示了震源形成的规律,推导出了应力波最大应力峰值的计算公式,给出了应力波传播衰减规律,解释了应力波在自由面处对煤体的破坏作用。     

煤层冲击地压形成机制及防治措施

冲击地压是矿山开采中发生的煤岩动力现象,是威胁煤矿安全生产的严重灾害之一。这种动力灾害通常是在煤岩力学系统达到极限强度时,聚积在煤岩体中的弹性能量以突然、急剧、猛烈的形式释放,在井巷发生爆炸性事故,造成煤岩体振动和破坏,动力将煤岩抛向井巷,同时发生强烈声响,造成设备、井巷的破坏,人员的伤亡等。冲击地压可能还会引发其它矿井灾害,尤其是瓦斯煤尘爆炸、火灾以及水灾,破坏通风系统,严重时造成地面震动和建筑物损坏等。本文结合实例对冲击地压现象分析、煤层及煤层与顶底板组合的冲击倾向性试验及顶板煤层型冲击地压的防治进行具体分析。     

济三煤矿岩体应力状态对冲击地压影响

为明确煤岩体应力状态与济三煤矿冲击地压之间的关系,结合济三煤矿的实际工程背景,利用地质动力区划的方法划分地质构造区域,建立了岩体应力计算模型,分析了岩体应力状态对冲击地压的影响.结果表明:冲击地压容易发生在高应力区和应力梯度区,尤其是应力梯度大的区域;同时也受Ⅳ-2、Ⅴ-5等活动断裂的影响.研究成果为冲击地压的防治提供了依据.     

星球活动对地壳应力及冲击地压的作用分析

针对太阳、地球、月亮这些星球的活动对发生冲击地压的影响问题，采用理论分析及实例验证的方法，主要研究了由于地球自转速度的变化而引起地球上不同纬度间的应力差对发生冲击地压的影响，在一年中容易发生冲击地压的月份，太阳活动对发生矿震的影响，以及月球-太阳潮应力对发生冲击地压的影响。结果表明星球活动能明显地改变地壳的应力状态，进而影响冲击地压的发生，所以是控制冲击地压发生的一个重要因素。太阳、地球及月亮这些星球的活动对矿井处于临界失稳状态的煤岩体发生冲击地压有显著的作用。     

电磁辐射技术在煤岩动力灾害监测预警中的应用

为了有效准确预测煤岩动力灾害,基于煤岩电磁辐射产生机理、特征和规律的深入研究,提出了煤岩动力灾害电磁辐射监测及预警方法,研制了KBD5型和KBD7型电磁辐射监测仪,并将电磁辐射技术广泛应用于煤岩动力灾害监测及预报,包括煤与瓦斯突出和冲击地压灾害的预测、采空区顶板稳定性监测、围岩应力分布及矿压观测、卸压带宽度确定等.     

回采巷道冲击地压预测与解危研究

兖州矿业集团东滩煤矿通过14采区回采巷道冲击地压预测和解危研究,总结了东滩煤矿14采区冲击地压的发生规律,实践了利用钻屑法、电磁辐射法和应力分析法等预测冲击地压的方法,介绍了利用煤柱应力预处理措施、深孔爆破和大直径钻孔卸压等解危措施,提出了冲击地压采掘工作面施工的防护措施。     

龙凤矿冲击地压成因规律的分析研究

本文在对历年发生的近200次冲击地压的统计分析,对六种煤岩的13项物理力学参数进行了实验室试验,以及地应力测量、现场观测和地质构造形迹分析,和应用电子计算机进行数值模拟等基础上,对龙凤矿冲击地压的成因和规律进行了分析研究.     

大同忻州窑矿冲击地压成因分析与防治措施探讨

针对大同忻州窑煤矿多次发生冲击地压严重影响煤矿安全生产的问题,分析了冲击地压形成的原因与影响因素.提出忻州窑矿冲击地压主要是由构造应力和采动应力叠加,及上层煤柱和煤厚是导致冲击地压发生的重要原因,为防治矿井冲击地压灾害提供了依据.     

钻屑法预测冲击地压的数值模拟研究

RFPA软件可实现对岩石破坏全过程的应力、应变的连续模拟显示，可对比分析不同位置煤岩的应力、位移特征。本文以耿村煤矿的具体地质条件为原形，通过RFPA数值模拟，研究向煤体打钻屑孔过程中应力和位移等变化规律，以预测冲击地压的危险性。     

急倾斜煤层冲击地压防治的可行性研究

针对京煤集团木城润矿大台井地质条件与煤的赋存状况，通过相似模拟实验和数值模拟方法，讨论急倾斜煤层开采解放层的可行性。通过观测相似模拟实验中的煤岩失稳过程，定性地了解冲击地压的发生规律，裂隙带发生、发展过程和解放范围。采用反映煤岩等脆性材料破坏特征的五参数Wilianm-Warnke强度准则破坏模型，利用有限单元法单元“处死”的功能真实模拟开挖过程，进行急倾斜煤层开采解放层防治冲击地压的数值模拟研究，作为定量分析依据。为急倾斜煤层开采解放层防治冲击地压制定较为合理的方案、安全技术措施等提供重要的科学依据和理论指导作用。     

煤岩电磁辐射特性及其应用研究进展

综述了煤岩电磁辐射特性及其应用的研究现状，包括煤岩的力电效应、频谱特征、电磁辐射的影响因素、电磁辐射的产生机理等研究，以及电磁辐射在预测煤与瓦斯突出、冲击地压及评定煤岩体应力状态方面的应用现状，并对电磁辐射的研究及应用前景进行了展望.     

高地应力和瓦斯压力耦合作用下的冲击地压触发机制研究

随着煤矿逐渐进入深部开采,在深部高地应力和瓦斯压力开采条件下,冲击地压的触发机制也将发生变化。首先,根据采掘工作面前方的应力和瓦斯压力分布状况,并结合冲击煤体顶部存在粉碎煤的特点,构建出了高地应力和瓦斯压力条件下的冲击煤体受力物理模型;然后,对冲击煤体进行了受力分析,从理论上推导出了冲击能量计算公式。研究结果显示,在高地应力和瓦斯压力开采件下,冲击煤体与顶板之间的相对运动属于滚动摩擦,而与底板之间的相对运动则属于滑动摩擦;冲击能量随冲击深度呈指数规律增长。因此,高地应力与瓦斯压力条件下的煤岩体弹性变形能和瓦斯膨胀能瞬间释放,不仅增加了冲击地压发生的能量和动力,而且降低了阻力;增加卸压带宽带防治冲击地压的作用机理在于提高冲击地压发生的能耗条件。     

强冲击煤层冲击地压预警防治技术研究

为保证具有强冲击条件的彭庄煤矿1307工作面安全开采,该矿通过对该工作面进行冲击地压危险性评价,采取预防措施,并引进冲击地压实时监测系统对该工作面前方300 m范围内煤体进行应力监测。通过在冲击地压发生前对应力变化情况的实时分析,及时的采取了预防措施,确保此次灾害未造成大的影响。总结彭庄煤矿冲击地压的应力变化规律,当卸压煤体应力重新增高到预警值时或者应力变化幅度大于初始值的1倍时要及时采取卸压措施,防止应力进一步增长形成灾害。本次成功预报为该矿冲击地压治理工作提供了科学的依据。     

房山矿无冲击倾向煤层冲击地压的成因分析

针对北京矿务局大安山矿房山采用四槽煤发生冲击地压的特殊性进行了分析,指明了该煤层发生冲击地压的主原因是其特殊的地质特点和应力特点。并得出房山矿煤层是属于无冲击倾向的软弱煤层,而冲击地压发生是由于层间滑动失稳破坏引起。     

瓦斯煤层冲击地压发生机理

为有效预测与防治瓦斯煤层冲击地压,揭示瓦斯煤层冲击地压发生机理,建立了发生判据,并对瓦斯煤层冲击地压与煤和瓦斯突出的区别进行了阐述。瓦斯煤层冲击地压是在地应力和瓦斯孔隙压力综合作用下发生的,是固流耦合作用下发生的煤层冲击地压。瓦斯煤层变形破坏受有效应力的支配,孔隙压力抵消了部分地应力作用。由于瓦斯对煤物理力学性质影响,既有减缓冲击地压强度的趋势,又有增加冲击地压频度的趋势。瓦斯煤层冲击地压与煤和瓦斯突出的孕育过程是相似的,但发生过程和能量来源有很大区别。