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。     

冲击地压灾害结构失稳机理的组合体试验研究

煤矿冲击地压的发生机理极其复杂,是煤岩体非线性破坏、失稳矿山压力显现的总称。在分析煤岩体破坏机理和采动影响的基础上,应用能量积聚-释放诱发冲击地压的原理设计了煤岩体组合力学模型及模拟煤岩体突出的结构失稳加载试验系统试验,并配制、筛选大变形突出倾向性相似材料等方面进行了组合体结构加载失稳试验,获得了煤岩结构失稳与位移突出的特征。试验表明:组合体试件在加卸载过程中和破坏失稳时表现为稳定态能量积蓄、非稳态释放特征,是应力环境、材料强度与结构等多种因素影响的非线性动力学过程。     

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.     

时变自稳结构在煤矿冲击矿压防治中的应用

随着煤炭工业现代化开采速度的提高,开采的深度迅速加大,将面临随之而来的冲击矿压问题。作为一种主要的煤岩动力灾害,冲击矿压直接威胁着煤矿的生产和人员及财产的安全。冲击矿压是煤岩体在渐进变形过程中外界因素诱发下的突发性、迅猛的结构破坏与错动现象。     

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。     

冲击地压的能量机理及其应用

根据煤岩体在变形过程中宏细观能量耗散,得出煤岩体裂纹尖端拉应力过大而失稳扩展是冲击地压发生的根本原因;定义弹性能衰减度和塑性能变化率.研究结果表明:弹性能衰减度与弹性模量E成正比,当受载煤岩体应变达到(3-√3)/2 ε0时,弹性能衰减度取得最大值(1-√3)E exp(-3+√3),若弹性能衰减度大于临界值,则冲击地压就会发生;塑性能变化率和岩体破坏过程中电磁辐射脉冲数呈0.168的正比关系;降低煤体裂纹尖端拉应力和弹性模量是防治冲击地压的有效途径,在此基础上提出煤层注水防治7339工作面冲击地压的方案,工程实档践证明,该方案是切实有效的.     

唐口煤业首个防冲体系的构建及预控

冲击地压是矿山井巷或采场周围煤体与围岩由于释放变形能而产生的以突然、急剧而猛烈的破坏为特征的动力现象。构建责任、监测、卸压为一体的防冲体系,探索出矿井发生冲击地压一般规律,及时运用微震、电磁辐射等方法监测矿井冲击危险,采取煤层注水、卸压爆破、大直径钻孔卸压等方法进行卸压,释放能量,消除冲击危险,为矿井的安全生产提供了可靠保障。     

冲击地压工作面爆破卸压效果的数值模拟

随着煤矿开采深度增加，综放开采回采巷道易发生冲击地压危害。研究综放工作面回采巷道冲击地压发生机理，结合工程实例，运用FLAC^3D软件模拟综放面回采。分析了采用卸压措施前后煤层顶底板及两帮煤体移动变化规律、深部煤岩体受栽及变形破坏规律、煤层应力变化及转移规律。研究结果对防治冲击地压有一定参考价值。     

冲击地压的成因及予防措施

本文参考国内外文献,收集一些实例,从岩石力学的一般理论上概述冲击地压的形成原因和煤岩的破坏机理。对冲击地压发生的一般规律和防范措施也作了简述。随着矿井开采深度的增加,岩体原岩应力也成正比的增长。尤其煤矿长壁垮落法的广泛应用,回采面积远比金属矿大,围岩集中应力也增大。煤岩在这种高应力作用下,将出现一些特殊的地压问题。其中具有严重破坏性的地压现象就是冲击地压。据统计进入本世纪以来,冲击地压次数增多,破坏性加大,屡屡出现灾难性事故。我国锡矿山、抚顺煤矿等也相继发生冲击地压(见附表1、2、3)。     

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。     

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。     

梁宝寺矿井掘进巷道构造附近煤层冲击显现机理及防治措施

冲击倾向性是煤岩体发生冲击破坏的固有能力,断层、褶皱、相变等构造诱发冲击地压的机理为构造应力与采动应力叠加,避免应力叠加是防治构造控制型冲击地压的有效途径。本文结合粱宝寺矿井掘进巷道煤层冲击显示特征,分析其形成原因,进而探究冲击地压作用机理,根据现场条件及时采取卸压措施,起到了很好的效果。该课题的研究对冲击危险性评价、冲击地压防治理论研究及现场治理等具有参考意义。     

急倾斜综放开采冲击地压防治技术研究

急倾斜煤层开采,冲击地压动力灾害严重,通过煤样测定与地质因素分析,得出王家山煤矿冲击地压的发生原因是煤体物理性质、埋深、顶底板岩性与地质构造综合作用的结果。基于冲击地压开采范围的应力集中现象,结合监测预警、定向解危及高强度支护控制,提出了矿井冲击地压的防治技术,可为类似矿井的安全生产提供了借鉴。     

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。     

煤岩与瓦斯微元体破坏突出机理

煤岩与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力、煤体结构破坏、孔洞内煤屑与瓦斯压力及时间效应等共同作用的结果。文中从煤与瓦斯突出发生的整个过程出发,结合现有的煤岩与瓦斯突出机理的研究成果,通过建立煤岩微元体破坏模型,计算煤岩微元体区域破坏概率、煤与瓦斯突出所必须的能量条件,分析煤与瓦斯突出区域的形成与发生,最后,提出了煤岩与瓦斯的突出是从煤岩体微元的破坏开始的,其发展、发育过程是众多煤岩体微元连续破坏的结果,得到了突出区域煤岩体破坏概率的平均强度以及发生突出的必须能量条件关系式,为煤与瓦斯突出的研究提出了一个新的模式与思路,对于防治煤岩与瓦斯突出事故、灾害的发生具有一定的实践与理论指导意义。     

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。     

采场应力变化的流固耦合模拟研究

随着矿井开采深度的增加,瓦斯压力对煤层开采过程中采场应力的影响越来越明显。根据煤层瓦斯渗流特性和固体介质变形基本理论,考虑煤层瓦斯压力的变化对煤岩体破裂的影响,建立了煤层开采过程中应力场和瓦斯运移场相耦合作用的数学模型。对含有不同煤层瓦斯含量和不同瓦斯压力的煤岩体,在开采过程中采场应力所发生的变化进行了数值模拟研究与分析。通过研究煤层开采过程中,在不同地应力和煤层瓦斯压力的影响,得出采场应力的变化规律。其结果对于矿井煤层正常开采时,解决采场应力的变化所引起冲击地压灾害事故隐患的技术性问题等提供可靠的理论指导。     

采场应力变化的流闯耦合模拟研究

随着矿井开采深度的增加,瓦斯压力对煤层开采过程中采场应力的影响越来越明显。,根据煤层瓦斯渗流特性和固体介质变形基本理论,考虑煤层瓦斯压力的变化对煤岩体破裂的影响,建立了煤层开采过程中应力场和瓦斯运移场相耦合作用的数学模型对含有不同煤层瓦斯含量和不同瓦斯压力的煤岩体,在开采过程中采场应力所发生的变化进行了数值模拟研究与分析。通过研究煤层开采过程中,在不同地应力和煤层瓦斯压力的影响,得出采场应力的变化规律。其结果对于矿井煤层正常开采时,解决采场应力的变化所引起冲击地压灾害事故隐患的技术性问题等提供可靠的理论指导。     

复合厚煤层孤岛工作面冲击地压的数值模拟

复合厚煤层发生冲击地压动力灾害事故,严重地影响矿山的安全生产。以南屯煤矿两边采空的9303复合厚煤层孤岛工作面为工程背景,利用Flac数值模拟软件,研究同一开采条件下,单一硬煤、软煤及复合厚煤层孤岛工作面回采过程中的采场压力分布规律,并进行对照模拟。结果表明:复合煤层支撑应力峰值小于单一硬煤和单一软媒。复合厚煤层工作面回采见方阶段时,产生明显的集中应力,易出现动力灾害事故。该研究成果在南屯煤矿实际开采中得到应用。     

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.