冲击地压卸压钻孔技术与设备应用研究

冲击地压对煤层开采具有较大危害,必须采取有效措施对煤层冲击地压进行防治。煤层卸压钻孔技术对冲击地压防治具有效果好且适应性强的优势,得到了越来越多业内人士的关注。本文在明确冲击地压卸压钻孔技术中钻孔排渣和钻头快速提钻两大关键技术的基础上,从插接式螺旋钻杆机械排渣、水力排渣以及压风排渣三方面分析了卸压钻孔排渣技术和设备的应用研究,并对实现卸压钻孔快速提钻的设备性能要求进行了分析研究,最终明确符合设计规范要求的卸压钻孔配套设备应满足的基本条件,研究结果具有一定的现实意义。

煤矿冲击地压地质灾害防治技术研究

本文深入分析了冲击地压灾害发生的主要条件和影响因素,总结了目前煤矿冲击地压防治的主要技术措施。研究表明,煤层与围岩的冲击倾向性、采动应力集中及能量释放空间是诱发冲击地压的关键条件。复杂的地质构造、不合理的开采顺序与方式以及开采深度的增加会显著增大冲击地压的发生风险。针对性地采取压力监测预警、卸压、注水、支护加强等综合防治技术是避免和减轻冲击地压灾害的有效途径。本研究对指导煤矿安全科学开采、降低冲击地压灾害风险具有重要意义。

煤矿井下防冲击地压技术的应用研究

本文围绕煤矿井下防冲击地压技术的应用,探讨了顶板断顶预裂技术、防冲击地压控制方法、填充与排放技术以及数值模拟与监测技术等方面的内容。通过合理的技术选择和应用,可以有效地减少地压带来的危害,保障煤矿的安全生产。

冲击地压工作面防治技术研究

针对东滩煤矿63_上06综采工作面冲击地压防治现状,依据工作面冲击地压危险性综合指数法划分了工作面的危险性分区;介绍了63_上06工作面使用的3种冲击地压监测预警方法(钻屑法、应力在线与微震监测方法)与布置方案;提出了预卸压孔和卸压解危冲击地压防治施工方式。

矿井冲击地压灾害防治技术的研究与应用

深部煤岩层所承受的地应力水平高,所处的应力场环境复杂,深部开采诱发的冲击地压等煤岩动力灾害更具复杂性、破坏性和突发性,并表现出明显的非线性动力失稳特征。山东唐口煤业公司矿井埋深近千米,采掘工程处于高应力状态,随着开采范围的扩大及开采强度的提高,采动应力集中系数将更高,发生冲击矿压的可能性较大。为此,以矿井冲击地压危险性监测预警技术为研究对象,对冲击地压监测技术进行优化,并在唐口煤业有限公司矿井进行了实践应用,取得了良好实效。

深埋冲击区域大跨度岔门顶板复合支护技术

工作面切眼大跨度岔门支护是煤矿顶板管理的重中之重。随着煤矿开采逐步向深部方向发展,受地质构造、采空区、埋藏深度等诸多因素影响,冲击地压危险区域巷道支护条件越来越复杂,给大跨度岔门顶板支护带来了较大难度。结合姚桥煤矿矿井自然条件,在满足冲击地压支护标准的条件下,对工作面切眼大跨度岔门顶板采取了复合支护加固技术,取得了较好的应用效果。

震动波CT反演技术在1301工作面应力分布中的应用

1301工作面内存在多条断层,三面采空,具有中等冲击危险性。工作面内的应力分布受回采扰动、断层、采空区等因素影响在不断变化,对生产和冲击地压防治产生较大的影响。通过CT反演技术对工作面回采过程中的应力分布进行分析,更加科学直观的对高应力区域进行划分,为冲击地压防治工作提供可靠的科学依据,便于下一步冲击地压防治工作的有效实施。

高应力区巷道掘进施工防冲安全技术

母杜柴登煤矿巷道向采空区掘进期间片帮明显、冲击风险较大,通过分析向采空区掘进巷道影响因素和矿压显现情况,得到朝采空区掘进不同冲击风险区域:距离采空区50~120 m为中等冲击风险区,0~50 m为强冲击风险区。针对不同等级风险区域制定微震、应力、钻屑综合监测方案与正头直孔卸压、帮部直孔与斜孔相结合卸压方案;在常规卸压工程基础上,在掘锚机后两帮增加施工2~4个10°~50°倾角的斜孔增强卸压。采取相关卸压措施后,巷道帮部高应力向深部转移,帮部片帮减少0.3 m,浅部应力计降低1~2 MPa,冲击风险进一步减低。

多因素耦合高静载窄短工作面防冲管控对策

冲击地压是巨野矿区灾害防治的重点,彭庄煤矿地处巨野矿区,属埋深超千米的冲击地压矿井。大埋深工作面多因素耦合高静载工作面冲击风险高,治理难度大。矿井按照“强卸压、强支护、强监测”的防冲技术路线,在3307工作面采取高密度大直径钻孔卸压、顶板爆破预裂、增加被动支护密度等针对性防冲措施,有效降低了采空区三角煤柱应力集中程度,解决受大埋深、采空区、巷道切割、断层等多因素影响的高静载窄短工作面安全推采的问题。

防冲让压钢带研发及其在冲击地压巷道中的应用

针对巴彦高勒煤矿311204工作面回风顺槽在高地压条件下巷道易炸帮问题,研发了一种新型防冲让压钢带,并进行了室温压缩试验。通过理论分析、工业性试验的方法,分析了防冲让压钢带的力学特性,总结出了防冲让压钢带高刚度、增阻式让压、高强度等优点,评估了锚网索+防冲让压钢带复合支护方式在冲击地压巷道中的应用可行性,并进行了现场工业性试验,减少了巷道顶板及两帮的变形量,缓解了巷道炸帮现象,保障了安全高效生产,对高地压、有冲击危险巷道的支护设计提供了借鉴。

回采巷道防冲卸压与围岩大变形协调控制技术

以义桥煤矿3305工作面复杂条件回采巷道为工程背景,针对复杂应力条件下回采巷道冲击地压防治及围岩大变形控制难题,开展了防冲卸压与围岩变形协调控制方面的研究;从控制围岩稳定性角度出发,提出了巷道围岩锚固层卸压钻孔局部充填强化技术。理论分析表明:实施钻孔回填能有效减小钻孔周围煤体的破坏范围。进一步通过数值模拟确定了卸压与加固协同控制的钻孔充填关键参数。现场实践表明:采用大直径钻孔局部充填技术可以在实现煤体卸压的同时,实现巷道围岩稳定性控制的目的,有效降低了巷道使用期间的变形量和返修次数,相较于未实施钻孔回填,施工钻孔回填后,巷道两帮最大移近量减小了57.2%。

煤岩体双孔爆破应力波及裂纹扩展叠加效应分析

针对煤岩体松动爆破施工中炮孔间距和爆破方案选择的问题,根据岩石动力学及爆破理论计算了双孔爆破裂隙区贯通的炮眼间距,并采用LS-DYNA分析了双孔爆破应力波及裂纹扩展叠加效应对炮孔间距和爆破方案的影响。结果表明:双孔同时爆破,炮孔间距3.4 m(单孔爆破裂纹半径的2倍)时,炮孔间的裂隙区不能全部贯通,炮孔间距2.5 m时,炮孔间的裂隙区才能够全部贯通;微差爆破,炮孔间距3.4 m时,由于先爆炮孔周围裂隙区的裂纹在后爆炮孔应力波的叠加作用下发生明显的二次扩展,炮孔间的裂隙区能够基本贯通,而炮孔间距3.0 m时,炮孔间的裂隙区能够全部贯通并覆盖钻孔间全范围;现场采掘面进行松动爆破时,炮孔间距一般应小于单孔爆破裂纹半径的2倍(炮孔同时爆破约取单孔估算炮孔间距的70%,微差爆破约取单孔估算炮孔间距的90%),才能保证松动爆破效果;微差爆破与炮孔同时爆破相比,不但能保证爆破效果,而且还可以减少炮孔数量和爆破材料用量,是优先选择的爆破方案。

煤层注水防治冲击地压现场试验应用

随着煤矿开采深度不断增加,冲击地压、瓦斯和煤尘等自然灾害不断升级,严重制约了煤炭企业的高产高效发展。因此,急需采取有效的灾害防治技术,以减少灾害事故发生。现代研究表明,煤层注水作为一种重要手段,在防治煤矿瓦斯事故和冲击地压事故方面取得了显著效果。尤其是在防治冲击地压方面,煤层注水能够有效降低煤层冲击倾向性,降低现场的脉冲量和电磁辐射强度。因此,本文以老虎台矿为试验对象,分析并验证了煤层注水在冲击地压防治方面的重要作用,为类似矿井采用煤层注水开展冲击地压防治提供参考。

煤层注水防治冲击地压效果及可注性鉴定

本项目通过煤体浸水试验及野外注水防治试验,发现煤体注水后,煤体冲蚀趋势明显下降,其原位岩屑含量及电磁辐射强度明显改善。本项目选择裂隙发育程度、孔隙率、湿润边角、坚固性系数、饱和水分增值以及埋深等6个注水难易程度的影响因子,利用15个典型矿井观测资料作为训练样本,构建基于间距识别的可注入性识别模型,识别准确率达100%。

区域多工作面协调开采防治冲击地压实践研究

矿井多工作面之间的开采扰动会诱发煤矿冲击地压灾害,区域工作面协调开采是此类冲击地压防治的关键手段之一。为了工程验证区域多工作面协调开采防治冲击地压的合理性和有效性,以冲击地压多发的义马矿区为例,基于模拟得到的协调开采原则及参数取值,制定了跃进-常村井间区域协调开采方案,通过对比不同协调开采程度区域的应力转移特征和冲击事件特征,评估了工作面协调开采效果。结果表明:跃进-常村井间区域中,跃进23092工作面和常村21162工作面煤层厚度和巨厚砾岩厚度较小,23092-21162工作面组和21170-21162工作面组开采时工作面之间煤柱宽度较大、两工作面水平距离和垂直错距较远,井间23092工作面和21162工作面为最优的接续工作面;跃进-常村井间区域协调开采程度高于耿村-千秋井间区域,协调开采使工作面之间由冲击和开采引发应力转移的频次和强度均明显降低,应力转移范围明显减小,协调开采效果明显。

基于多源信息融合的冲击地压风险预警与弱结构防治技术

针对冲击地压的预警结果及预测位置离散性大等问题,研究了多源信息融合的冲击地压预警技术,建立了基于机器学习算法的多源信息融合深度预测模型。通过对冲击地压事件的分析,研究了冲击事故发生的主要原因、特点及影响因素;以煤岩的抗压强度、抗拉强度、弹性能和地应力为冲击地压预测的主要指标,建立了深度神经网络预测模型,确定不同预测指标的权重,通过大数据分析和有限数据验证,确定了模型的可应用型。以陕西某冲击地压矿井为例,对深度神经网络模型进行应用,通过现场实测验证了冲击地压预测模型的有效性和正确性,提出了构建巷道围岩弱结构防治技术吸收冲击地压能量。

特厚煤层地面L型水平井分段压裂技术应用研究

特厚煤层开采过程中,煤层上方坚硬顶板强度高、破断步距大、难垮落,特别是开采扰动范围广,大面积坚硬顶板岩层破断失稳,造成采场冲击动力显现更加强烈;井下大孔径卸压、煤层爆破卸压以及井下长钻孔水力压裂技术仅限于局部卸压和小范围顶板弱化,不能有效对煤层上方高位大面积坚硬岩层进行弱化改性。提出了地面L型水平井分段压裂技术,通过对岩层破断方向进行理论分析并综合岩层特性给出了压裂关键层位范围,结合井上下微震一体化联合监测技术,形成了地面水平井分段压裂控制技术体系,并进行了地面压裂工程实践。井下微震-地音联合监测表明:压裂期间微震监测总能量达到16.93×10^(4)J,地音监测总能量达到1.36×10^(8)J,压裂过程可对井下围岩的宏观破裂具有明显的诱发作用;地面压裂裂缝扩展范围广,2口压裂井裂缝扩展长度分别达到790、851 m,裂缝宽度最大达到380~390 m,裂缝高程达到375~450、390~410 m,裂缝扩展均可覆盖工作面及两巷道,并穿透目标层位。井下采场矿压监测表明:工作面周期来压期间,支架阻力降低32%,煤壁片帮率降低34%,工作面超前支护范围无底鼓、帮部收敛等现象,微震监测总频次及总能量均降低达到90%以上。因此,地面水平井分段压裂可有效减小采场上覆岩层的强矿压,进而降低工作面回采期间的冲击地压灾害。

中高位厚硬顶板长孔水力压裂防冲效果研究

针对于门克庆煤矿3106工作面厚硬顶板卸压效果不足的问题,通过现场微震监测的微震高能事件活跃层位和理论分析确定了3106工作面顶板诱冲关键层,提出了长孔水力压裂技术并进行了现场应用,分析评判了压裂效果和卸压效果。结果表明:距离煤层平均高度59.33 m、厚度49.95 m的砂岩层为诱冲的关键层;实施水力压裂后,在关键层内预制了裂隙面,裂隙内含水量增加,视电阻率的连续性增强,出现了降阻现象;水力压裂削弱了关键层的整体性和强度,微震能量转为“高频低能”释放,大能量事件平均延米发生密度和延米释放能量分别降低了55%和79%,回采期间现场未发生大能量矿震等动力现象;工作面来压步距缩短,来压强度降低,动载系数整体显著减小,且呈逐渐下降趋势;工作面回采压裂区域后的地表沉降斜率增加,厚硬顶板垮落更充分。研究证实了长孔水力压裂技术在防冲工程中的有效性和可行性,实现了工作面的安全开采。

冲击地压煤层复合多灾协同防治技术及应用

矿井深部开采过程中呈现出冲击地压、瓦斯、自然发火等多灾害共生、耦合等特点,灾害之间具有诱发、转化、耦合等关联现象,且致灾机理复杂。不同灾害的单项治理措施隶属于不同部门,导致治理措施协同效果差及治理尚缺乏针对性的技术方法。基于此,讨论了冲击地压多灾害共生及致灾的现状,提出了冲击地压复合多灾的概念及灾害复合方式,结合各灾害治理中用到的水力化措施及其时空关系,提出了冲击地压煤层“钻-割-压-抽-注”多灾害协同防治方法并在唐口煤业6304工作面进行了工业性试验。通过对顺层长钻孔顺序实施钻进、水力割缝、水力压裂、瓦斯抽采、煤层注水、压注阻化剂等技术措施,实现局部高应力的有效释放、煤岩力学性质的改变,煤层透气性的大幅度提高,煤体注水湿润半径的增大和煤体含水率的增加,降低煤炭自燃的危险性,实现了多种灾害协同防治。

保护层不对称卸压工作面分区防冲技术

为有效防控保护层不对称卸压工作面冲击地压的发生,以唐山矿0291工作面为工程背景,采用理论分析和数值模拟等方法,分析了工作面发生冲击地压的影响因素及发生区域。结果表明:煤层开采深度、煤层及其顶板的冲击倾向性、上保护层遗留煤柱、本煤层采空区煤柱及厚硬顶板是诱发冲击地压的潜在影响因素;工作面回采前,受上保护层遗留煤柱及本煤层采空区影响,0291工作面两巷应力呈不对称分布,回风巷高应力区主要位于0250采空区切眼及终采线下方,运输巷高应力区主要位于0251采空区切眼下方;工作面回采阶段具有明显的分区特性,回采初期,运输巷围岩超前应力高于回风巷,应加强运输巷的监测并及时采取防冲措施;当工作面进入0251采空区下方时,运输巷围岩应力迅速降低,防治重点应由运输巷转移至回风巷。依据数值模拟分析结果,划分了冲击危险区,提出了工作面回采过程中的分区防治措施。现场监测结果表明,采取的措施可以有效降低冲击地压的发生。