急斜特厚煤层动力学失稳现场声发射监测

急斜特厚煤层开采扰动区(Mining Disturbed Zone,MDZ)煤岩应力与变形规律复杂,采动影响下局部煤岩层滑移造成应力集中,使煤岩体产生"强烈"的动力学失稳与破坏.以大洪沟煤矿B3+6急斜特厚煤层综放开采为工程背景,通过现场声发射(acoustic emission,AE)监测,分析采动条件下煤岩介质动力学失稳及破坏规律,为制定解危对策提供科学依据.     

大柳塔煤矿采空区动力失稳机理

为了揭示大柳塔煤矿采空区动力失稳机理,保证生产安全,采用现场调查、实验室试验和理论分析相结合的方法,对大柳塔煤矿开采过程中出现的大范围垮落动力失稳现象进行了系统研究.首先基于1-2煤的赋存环境与地层构造调查与分析,利用偏光显微镜、X射线衍射仪以及声发射仪等,对1-2煤地层的岩性组分显微结构特征、物理、力学性质及变形特征、煤岩微观与宏观断裂特征进行了综合实验;然后定性分析了在重力和冲击载荷作用下的采空区动力失稳规律与机理.研究结果为6 m厚煤层一次采全厚形成的大尺度采空区大范围失稳的预报与最终安全控制提供了定性和定量化依据.     

基于AE的煤岩破裂与动态失稳特征实验及综合分析

要进行大尺度采空区衍生动力学灾害的准确预测预报，必须进行煤岩破裂与演化为动力学失稳的定量化实验的前期研究。大柳塔煤矿1^-2煤处于厚风积沙、浅埋深、薄基岩工程与地质环境中，要实现6m厚煤层一次全厚开采，采后形成大范围采空区上覆煤岩破裂并演化为动力学失稳，极易诱发衍生灾害。基于对1^-2煤破裂失稳的声发射相关实验，综合分析煤岩破裂声发射总事件、能率与时间的之间的定量关系，包括加载上升阶段、初始破裂阶段、加速破裂阶段、破裂失稳后能量下降阶段与回弹阶段，这有助于确定合理的失稳前兆判据，以期对开采过程中诱发动力灾害的危险源在线辨识及预警提供定量化预报。     

煤岩单轴压缩声发射试验分形特征分析

针对有效预测煤岩破裂引起的动力灾害的难题,运用分形理论建立了声发射参数分形维数计算模型,对冲击倾向性煤岩单轴压缩声发射试验信号分形特征进行了研究. 结果表明:随试件的加载进程,声发射能量计盒维数逐步上升,破坏前上升到最高;关联维数降低,试件破坏前下降到最低;Gauss Amp方程能较好地描述煤岩在单轴压缩荷载作用下声发射能量关联维数随荷载的变化规律;可将声发射能量关联维数的持续降低作为煤岩失稳破坏的前兆.      

深部矿井应力主导型煤岩瓦斯动力灾害声发射监测预警方法

矿井深部开采条件下,传统预测方法难以准确预测应力主导型煤岩瓦斯动力灾害的发生。为提高动力灾害预测的准确性和可靠性,以平煤十矿己15-24080采面为研究对象,采用声发射监测预警技术对工作面回采进行实时监测。研究发现,应力主导型煤岩瓦斯动力灾害发生前,声发射指标整体上呈现逐渐升高的趋势,且动力灾害发生在声发射指标演化曲线的下降段;声发射前兆模式呈现为指标"先上升后下降"的模式。基于此提出了"静态临界值与动态趋势预警"相结合的煤岩瓦斯动力灾害声发射判识预警方法,并建立了工作面应力主导型煤岩瓦斯动力灾害声发射判识预警准则,实现了对深部矿井应力为主导型煤岩瓦斯动力灾害的超前监测预警,确保了工作面安全高效开采,完善了声发射监测预警技术体系。     

暴雨入渗对复合岩体塌陷区结构失稳的影响

利用位移、应力、能量耦合监测技术,分别对渗流大小、沉降量、声发射特征参数等之间的关系进行统计,全面分析渗流对坚硬复合岩体支护的塌陷区围岩结构动力失稳的影响.研究表明, 在渗流的作用下,塌陷区不稳定程度加剧,通过声发射监测特征参数可以初步分析渗流与塌陷区结构失稳之间的演化关系.     

急倾斜特厚煤层层间岩柱动力学失稳诱灾倾向预测

乌鲁木齐矿区乌东煤矿开采条件复杂,急倾斜煤层群间赋存均厚60m倾斜岩柱,近年来已发生十余次动力灾害。针对急倾斜岩柱动力学失稳诱灾倾向预报,采用开采条件调查、理论分析和现场监测等方法,综合预测了深层岩柱动力学失稳诱灾倾向区域。首先,基于现场调查成果,构建了急倾斜岩柱失稳应力撬转效应(stress leverage rotation effect,SLRE)力学模型,揭示了岩柱动力学失稳诱发动力学灾害的力学机制。再次,通过现场微震监测,分析了岩柱破断失稳微震—能量—空间演化规律:急倾斜岩柱动态失稳经历扰动破裂、应力挤压、断裂失稳和应力重构阶段。最后,综合分析并圈定了深层岩柱动力失稳诱灾倾向区域,其分别位于B1-2煤层+500~+510 m区域开采煤体、B3-6煤层+475~+485 m区域岩柱侧煤体,这为现场灾害防控设计和安全开采提供了科学依据。     

煤岩蠕变声发射特征试验研究

利用MTS815岩石伺服试验系统和AE21C声发射监测系统对煤岩进行了分级加载声发射试验.试验结果分析表明,煤岩分级加载过程存在蠕变应力阈值,在达到该阈值之前,各个应力水平上的煤岩变形很不明显,当加载水平大于该阈值时才发生明显蠕变变形.在瞬态蠕变阶段,煤岩内微孔隙、裂隙逐渐扩展,声发射活动逐渐增强;在稳定蠕变阶段煤岩蠕变变形速率趋于平稳,新生裂隙较少,声发射事件少且能量低;在加速蠕变阶段煤体内产生大量裂隙并逐渐发育至宏观破裂失稳,储存的能量在较短的时间内快速释放,声发射事件数及能量均达到最大值.煤岩的声发射特征较好地反映了其蠕变过程中的损伤演化过程.     

急斜煤层水平分段综放开采围岩失稳特征分析

针对急斜煤层水平分段综放开采围岩失稳特征,通过对围岩力学模型分析,研究围岩结构的失稳过程和演化途径.根据急斜煤层围岩的非对称分布特点,所产生的非对称作用极易使围岩发生局部变形.局部变形的不断扩展进而将导致围岩发生失稳,这种动力学失稳极易演化为灾害.为了控制这种灾害的发生,借助声发射和钻孔窥视实时监测围岩"损伤-破裂-失稳"的全过程,将为工作面开采扰动区围岩失稳与控制提供了值得借鉴的依据.     

破碎围岩环境下巷道应力与变形监测

开采过程中,破碎围岩环境下巷道煤岩结构及应力与变形随时间演化行为直接影响其稳定性。通过理论计算,结合现场应力监测、声发射(acoustic emission,AE)和钻孔窥视等手段,定量确定了工作面煤巷的松动范围和塑性区范围,综合分析了破碎围岩环境下煤岩非对称变形特征,为工作面安全开采提供了依据。     

煤巷掘进发生冲击地压的机理

大部分冲击地压发生在煤巷掘进期间,当煤层具有潜在冲击危险时,在高应力区掘进煤巷会引起应力平衡的突然破坏和变形系统的失稳,导致煤体及围岩中的弹性变形能突然释放,从而发生冲击地压。     

急倾斜煤层煤岩变形局部化特征现场监测

急倾斜煤层开挖扰动区煤体动态变形具有明显局部化特征,易诱致动力学破坏。以大洪沟矿巷道动压防治为目标,通过煤岩局部化变形指标分析,室内测试、现场光学观测和表面变形监测等方法,定量分析了动压巷道两帮和顶板不同深度的侧向与垂直变形及演化特征。结果表明:巷道局部化变形差异性显著,在两巷交汇区域,B3巷道最大侧向变形达0.5 m,顶板最大垂直变形达0.6 m.确定动压破坏严重区域范围为15.0～20.0 m.这为现场灾害预测和调控提供判据。     

高瓦斯突出煤层石门揭煤防突措施的实践与应用

石门揭煤最容易发生煤与瓦斯突出,而且突出的强度较大,因此,在石门揭开有突出危险的煤层之前,必须对煤层采取防突措施,消除了局部范围内煤层的突出危险,确保了掘进期间的安全,为类似条件石门揭煤期间防防突治理提供了借鉴。     

彬长矿区南部诱发冲击地压覆岩关键层探讨

为分析彬长矿区南部煤矿覆岩关键层的位置,给煤矿冲击地压提治理供技术及理论支撑,采用关键层理论值计算、数值模拟分析以及微震事件验证的综合判定方法探讨了诱发彬长矿区南部煤矿冲击地压的主控层位。经理论值计算,煤层上部200 m覆岩具有三层关键层,从上而下依次是距4#煤层顶板160 m宜君组砾岩坚硬层层、距4#煤层顶板76 m的安定组底界砂岩坚硬层层以及距4#煤层顶板35 m的直罗组底部砂岩坚硬层层。结合数值模拟计算,在起始开挖过程中,煤层顶板约35 m处直落组底界砂岩出现应力集中;随着开挖深度的增加,煤层顶板76 m附近的安定组底界砂岩层逐渐成为水平应力最大部位。综合微震数据的结果,认为煤层顶板35 m处的直落组底界砂岩与煤层顶板76 m处的安定组底界砂岩层均为引起煤矿冲击地压的关键层位,容易产生能量集中,是矿井冲击地压治理的主要目标层位。     

朱仙庄煤矿Ⅱ831工作面区域条带消突技术研究

为了解决无保护层的煤层区域瓦斯治理的难点,分析了朱仙庄矿煤层及瓦斯赋存状况,提出了在不具备开采保护层的区域内,采用底板穿层钻孔区域防突措施,对掘进巷道进行打钻预抽.在详细介绍底板穿层钻孔的布置、抽采和计量方式的同时,通过理论计算和实际掘进作业两个方面,共同验证了底板穿层钻孔条带预抽区域措施可行性和可靠性,进而为穿层钻孔...     

木城涧矿底煤复采平面模拟试验研究

通过对北京矿务局木城涧矿十槽煤不具备常规复采条件底煤复采的相似材料模拟试验研究，证明了回采上分层时顶板冒落情况和矿压显现规律，初步探明了留与不留煤皮假顶情况下，回采下分层时顶板岩层二次失稳情况和矿压显现规律，为类似条件底煤复采制定合理的复采方案、安全技术措施等提供重要的依据和指导作用。     

孟津煤矿二2-11031工作面顺槽支护方案优化设计初探

孟津煤矿属煤与瓦斯突出矿井，采用开采解放层结合底板抽放巷进行回采，二2煤层是解放层，本煤层11031工作面顺槽属半煤岩巷道，支护主体采用锚网索＋双工字钢棚联合支护，锚网索作为补强支护，钢材消耗量大，操作工序多，成本高，进度慢，支护方案优化就显得尤为重要。     

薄煤层井下泵送矸石充填开采技术研究

针对北宿煤矿薄煤层开采,岩巷、半煤岩巷道掘进量大、辅助运输提升紧张及建筑物下压煤等问题,进行了煤矸石充填料配比试验研究和井下泵送充填系统与工艺设计.确定矸石充填料质量配比为：水∶粉煤灰∶煤矸石=1∶1∶10.采用大小矸石仓结合的方法,实现了矸石的井下运输、破碎、储存;各种充填材料在搅拌机作用下充分搅拌成似膏体状,再经煤矸石输送泵通过管路充填到采空区.该充填系统机械化程度高,实际应用与操作方便,对煤矿薄煤层地质条件适应性强.     

物探预测预报技术在综采矿井中的应用探讨

以打通一煤矿综采工作面巷道中全覆盖探测为例,总结了茅口灰岩巷道掘进碛头前方岩溶、地质构造的波形特征和探测方法,并在煤系地层中进行顺煤层探测和穿煤层探测试验。分析了现阶段物探仪在茅口灰岩巷道、半煤巷道和穿层巷道探测中的成功经验和存在的问题及应用后产生的效益,指出该仪器在矿井有着广阔的应用前景,值得大力推广。