煤矿巷道底板冲击矿压发生的原因及控制研究

巷道底板水平应力是导致底板冲击矿压发生的主要因素,根据巷道底板冲击矿压的特点,建立了底板冲击矿压发生条件与影响因素的力学模型,初步确定了底板冲击矿压危险性系数的表达式。当底板岩层泊松比一定时,底板冲击矿压危险性系数与巷道埋深、巷道宽度的平方、水平构造应力、巨厚坚硬老顶影响系数成正比,与弹性模量、巷道底板软弱层厚度的平方成反比。通过数值模拟,发现巷道开挖后底板煤层的水平应力升高和垂直应力降低的规律,底板应力极易达到煤层破坏极限,在支护不当和外界扰动下容易发生底板冲击矿压。最后确定了底板强度弱化减冲原理,在跃进煤矿25110工作面下巷采取底板爆破卸压措施后取得了良好效果。研究成果为解决类似条件底板冲击矿压防治问题提供了理论依据和借鉴。

巨厚砾岩作用下底板冲击地压诱发机理及过程

以千秋煤矿21141工作面下巷冲击地压发生的地质和采掘情况为基础,建立煤层巷道底板冲击地压诱发机理模型。水平应力的大小是影响巷道底板岩层稳定性的最主要因素,并确定最大水平应力的计算方法。采场上覆巨厚砾岩层断裂所产生的动载扰动能使巷道底板水平应力瞬间积聚升高。数值模拟分析得出,随着动载应力和加载时间的增加,巷道底板变形量、变形速度和加速度都明显的大幅度增加;同时巷道围岩塑性区也逐渐扩大。研究表明采场上覆巨厚砾岩层断裂、垮落对煤层巷道所产生的动载扰动会诱发规模较大的冲击地压,巷道底板由于缺少有效支护会成为冲击破坏的突破口。

半孤岛面全煤巷道底板冲击启动原理分析

采用案例分析与理论分析,提出了冲击地压启动概念,指出冲击地压发生依次经历冲击启动—冲击能量传递—冲击地压显现3个阶段,将冲击地压防治研究着眼点提前到冲击启动阶段;建立了巷道冲击地压发生工程结构模型,揭示了全煤巷道底板冲击启动实质来自于两帮高集中应力区,底板只是能量传递与释放的载体,即冲击地压显现位置。进一步提出了冲击地压发生的冲击启动理论,指出巷道围岩近场系统内静载荷的过度积聚是冲击启动的内因,系统外动载源是外因,确定了冲击启动的能量判据,指出了冲击地压可能的启动区域。

深井大倾角厚煤层沿空掘巷底板冲击机理与防治研究

为了研究深井大倾角厚煤层沿空掘巷底板冲击机理与防治方法,以华丰煤矿14采区工作面工程地质条件为背景,通过现场调研、理论分析、工业性试验、SOS微震监测和钻屑量监测等手段,对1412上巷沿空掘巷防治底板冲击进行了研究。结果表明,围岩水平应力和法向应力越低,存储在底板坚硬岩层中的能量就越小,冲击破坏时对巷道造成的影响就越小。揭示了沿空掘巷底板冲击防治机理,通过改变底板能量积聚和应力环境,可有效消除底板冲击危险性。提出留设5 m负煤柱沿空掘巷防治底板冲击的优化设计方案,并在1412上巷进行工业性试验,微震和钻屑法监测数据均表明有效降低了巷道底板发生冲击的可能性。

底板冲击矿压发生机理与防治

文章结合新汶矿区开采的实践，针对底板冲击现象，分析了底板冲击的发生机理和发生条件，提出了底板冲击矿压的防治措施。

基于煤层巷道开挖卸荷效应的底板冲击孕育过程研究

采用相似模拟和数值模拟研究了河南义马煤田跃进矿采掘影响下巷道底板的应力及变形规律,揭示底板冲击矿压发生前的孕育过程。研究表明,巷道底板冲击受煤层埋深、顶板条件、巷道施工布置方式等多因素影响。在巨厚坚硬上覆砾岩影响下,工作面开采增加了相邻工作面的应力水平。在厚煤层中巷道沿顶板布置留底煤,巷道开挖后,一定范围的煤层底板中的水平应力升高,垂直应力降低,增加了煤层失稳破坏的可能性。巷道开挖卸荷过程中,底板由于没有支护,垂直位移增加,底板的塑性区范围大于两帮,并产生了明显的拉伸破坏,容易使底板成为冲击破坏突破口。

四体构件真三轴数值试验底板冲击失稳研究

针对深部地下工程底板冲击失稳的相关特点,提出了采用四体构件模拟煤岩体结构,运用FLAC3D数值软件模拟试件真三轴压缩过程,通过不同中间主应力系数和卸载路径模拟深部开采环境,从构造应力和能量角度出发,分析了深部开采底板冲击相关特点。结果表明:当从最小主应力方向卸载时,卸载后到底板冲击发生所经历的时间较卸载中间主应力时长;不同的卸载方向导致底板冲击所经历的时间步与中间主应力系数呈指数关系,当卸载最小主应力时,煤层开采到发生冲击所经历的时间步与中间主应力系数成指数关系上升,而卸载中间主应力时反之;发生冲击的岩体经历了脆—延—脆—塑的转化过程。

巷道底板冲击地压诱发机理及影响因素

对巷道底板冲击地压诱发机理分析表明,水平应力是诱发底板冲击地压的最主要因素,并确定底板水平应力的计算方法。在对巷道底板岩层梁结构屈曲破断力学分析的基础上,建立了底板冲击地压诱发的判定准则。巷道有效宽度和底板岩层的分层厚度对底板岩层屈曲破断所需水平应力的影响较大,计算出最大水平应力作用下底板关键层以上各岩层屈曲破断的最大分层厚度。研究结果表明,巷道底板岩层层状特征较为明显且岩层分层厚度较小的区域易诱发底板冲击地压。

底煤厚度对巷道底板冲击地压的影响机制及其应用分析

为研究底煤厚度对巷道底板冲击地压的影响机制,以厚度为3 m以下的薄及中厚底煤为分析对象,基于掘进巷道底板冲击特征并采用理论分析,建立底板煤岩层叠体梁挠曲破坏力学模型,底板煤岩层挠曲变形曲线具有同步异幅的发展特性。公式计算表明,随着底煤厚度的增加,底煤积聚弹性能逐渐增加,增加梯度逐渐平缓,其与底煤厚度的4次方倒数具有负相关关系。通过FLAC3D数值模拟开展底板煤岩主应力、塑性区及弹性能分析,结果表明,巷道底板岩层是主要的冲击动力能贮存体,而底煤是主要的动力释放显现体;底煤通过影响底板潜在冲击启动区、潜在冲击能量传递区、潜在冲击地压显现区的范围、贮存能量以及3者之间的依存位置,进而影响底板煤岩层之间的能量储存与传递机制,从而影响底板冲击地压的形成过程。底煤相对于底板岩层具有较弱的弹性能储存能力,底煤厚度是影响底煤储存弹性能量的关键因素,底煤厚度通过影响底煤与底板岩层之间的弹性能量传递能力从而影响底板冲击危险性。随着底煤厚度的增加,底板冲击危险性逐渐增加,增加梯度逐渐降低;当底煤厚度增加到2 m时,底煤厚度的再增加对底板冲击危险性无明显叠加影响,呈现出底煤厚度对底板冲击危险性影响的阈值效应。留底煤底板卸压时,应针对底板岩层采取解危措施,阻断应力传递路径,减小底板能量积聚,从而降低底板冲击危险性。研究成果在现场进行了应用分析,通过钻屑法监测显示解危效果良好。

临空留巷底板冲击地压启动区判定与分步防治技术

以山西余吾煤业N2105工作面回采过程中临空留巷底板冲击地压为工程背景,理论分析底板冲击地压可能的冲击启动区及主导应力源,采用数值模拟追踪煤层开挖后侧向煤柱及留巷围岩各向应力、位移的演化过程,建立采空区影响下留巷底板水平应力演化模型并进行验证。基于临空留巷底板冲击地压主导力源判定及能量传递过程分析,提出该类底板冲击地压分步防治关键技术,并进行现场应用。结果表明:煤层开挖后中,临空留巷底板在破坏深度范围内存在"卸压通道"机制,临空煤柱垂直应力不断增长的同时,留巷底板水平应力通过"卸压通道"释放,释放程度与该通道宽度呈正相关。临空煤柱帮内弹性核区为留巷底板冲击地压的冲击启动区,其不断增长的垂直应力为主导载荷源,而非留巷底板水平应力。为阻止该类底板冲击地压发生启动,关键在于削弱采空区侧向顶板压力传递作用及煤柱弹性能积聚水平,弱化留巷底板只能缓和冲击显现强度,非对称支护对留巷围岩变形破坏特征的适应性更强。

褶曲构造区沿空巷道底板冲击机理及防治

基于山西潞安集团余吾矿N2105工作面回采期间发生的2次严重底板冲击地压事故,结合底板等高线图分析了底板冲击发生的原因和高水平构造应力有关。由动静载叠加作用机理分析了底板冲击的诱发机制,提出了微震监测和围岩监测系统的综合在线监测方法,并针对预警监测结果提出了煤柱体大直径钻孔的卸压解危措施。

构造应力影响下巷道底板冲击破坏与防治研究

余吾煤业N2105工作面回采过程中进风巷道发生了2次严重的冲击地压事故,通过分析2次冲击地压事故的位置,运用FLAC^(2D)数值模拟软件研究了构造应力系数对巷道底板塑性区的影响范围,并结合工作面安装的微震监测系统的数据对模拟结果进行了验证,提出了采取巷帮煤体大直径钻孔的方式来降低和预防巷道底板冲击的发生。研究结果为褶皱构造区工作面巷道的稳定维护提出了一种新的监测和防治思路。

综放采场沿空区段巷道底板冲击地压防治及工程实践

在有明显冲击地压可能性的综放采场一般采用沿空留巷的巷道布置方式,但由于冲击地压的存在,沿空留巷存在底板冲击危险性。常规的卸压方法具有工程量大、工序繁琐的问题,且防治冲击地压效果不明显。本文通过研究沿空区段巷道底板冲击地压的影响因素及卸压方法,针对性地提出防治措施,从根本上降低防冲难度,为同类工程实践提供参考。

高应力区矩形巷道底板冲击力学机理及控制研究

为揭示矩形巷道底板冲击地压多发的力学原因,基于现场调研、理论分析、力学模型、数值计算等方法,综合研究了高应力区底板冲击的力学机理,并据此提出底板冲击地压的有效防控技术.结果表明:构造应力区的水平应力升高是导致巷道底板发生冲击性破坏的主要原因.原岩应力中水平应力增大,巷道开挖后的底板水平应力增加而垂直应力基本不变;原岩应力中垂直应力增大,巷道开挖后的底板水平应力和垂直应力都增加,该结论利用数值模拟方法得到验证.提出了底板强度弱化控制冲击地压的理念与技术措施,基于数值计算验证了该理念的有效性,同时提出了底板弱化防冲技术参数.

综放采场沿空区段巷道底板冲击地压防治及工程实践

冲击地压是岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下突然猛烈释放,导致岩石爆裂并弹射出来的现象,是深井开采面临的主要安全隐患之一。在有明显冲击地压可能性的综放采场一般采用沿空留巷的巷道布置方式,但因冲击地压的存在,沿空留巷存在底板冲击危险性,为了研究沿空区段巷道底板冲击地压的影响因素及卸压方法,通过数值模拟的方法,分析不同防冲方案下的巷道应力变形状态,择优应用。实践表明在防冲巷道布置方案下,底鼓量均较小,有利于巷道的维护,为同类工程实践提供参考。

深部留底煤巷道冲击地压破坏机理与卸压实践

深部矿井留底煤巷道在回采过程中,存在工作面超前区域巷道底板冲击地压显现的问题。为探究此类条件下巷道底板冲击机理及有效防治手段,以孟村煤矿401102回风巷为工程背景,利用UDEC数值模拟软件建立深部留底煤巷道模型,开展巷道底板冲击区域的应力分布特征研究,研究顶、底板岩层强度弱化对底板应力分布的影响规律,并验证巷道顶板预裂爆破及底板爆破针对底板冲击的防治效果。结果表明:(1)巷道煤层底板中部下方3~5 m煤体内水平应力集中,最大值43.39 MPa,巷道底板水平应力集中是留底煤巷道冲击地压显现的主要诱因;(2)巷道围岩弱化模拟,水平应力差峰值分别降低了22.59、22.91 MPa,有效降低了底板水平应力集中程度。针对巷道底板冲击问题,提出了顶板预裂爆破降低静载集中的防治策略。根据现场实测数据,401102回风巷采取以上措施后,安全回采至工作面结束,顶板预裂爆破有效提高了巷道安全性,可为类似条件下冲击地压防治提供工程借鉴。

构造应力作用下巷道底板冲击破坏的原因分析

针对在褶皱区构造应力作用下回采巷道底板冲击频发的问题,基于底板冲击发生的力学条件,以某矿250206上工作面为工程背景,借助弹性薄板理论对回采巷道在水平构造应力作用下底板冲击发生的原因进行了分析,建立了底板失稳破坏的力学模型,通过理论推导计算出了底板发生失稳破坏的临界载荷表达式,并给出了底板所受水平应力的计算公式,最后对底板冲击危险性系数进行了修正。

巷道底板冲击控制原理与解危技术研究

巷道底板冲击是煤矿冲击矿压多种表现形式的一种,其显现强度与破坏程度愈发严重。论文理论分析了巷道底板的冲击诱发机理,并提出底板卸压防冲原理,即通过改变巷道底板的抗弯强度以降低巷道底板冲击诱发条件。同时采用FLAC3D数值模拟,分别对底煤巷道和硬底巷道采取的卸压槽、大直径钻孔等不同措施的解危效果进行比较分析,得出底煤巷道采取卸压槽和大直径卸压钻孔相结合的复合式卸压措施防冲效果较为理想,研究成查对于硬底巷道在巷道底板实施大直径钻孔和卸压爆破的组合式解危措施效果较理想。可为巷道底板冲击防治提供一定理论依据。

不同侧压系数对动载诱发巷道底板冲击的影响

为了探讨侧压系数对动载诱发特厚煤层巷道底板冲击的影响,使用岩体力学和FLAC2D有限差分数值模拟软件研究了不同侧压系数作用下应力波诱发特厚煤层巷道底板冲击的动态响应规律及显现过程。研究表明,动力扰动的作用是使处于极限应力下的煤体应力增加并打破平衡状态从而诱发底板冲击;动载作用下,随着侧压系数的增加巷道底板的临界水平应力值和最大应力差呈线性增加,底板最大垂直位移在2.0期间呈非线性增加,在2.0后出现微降,说明底板失稳难易程度与底板冲击显现强度不完全呈正相关;底板冲击的显现过程是底板的水平应力瞬间达到临界水平应力,底板塑性破坏区域扩大,致使弹性能瞬间释放,最终导致底板垂直位移发生突然增大产生冲击。研究成果为探索底板冲击机理及防治提供借鉴。

动载扰动诱发底板冲击矿压演化规律研究

为了研究动载作用下底板冲击矿压的演化规律,采用理论分析和数值模拟的手段研究了动应力波作用下巷道底板煤体的应力和位移等参数的响应特征,揭示了动载扰动诱发底板冲击的原因和显现过程。研究结果表明:动应力和巷道底板的高水平应力叠加使底板煤体达到或超过强度极限发生屈曲失稳和变形,并且应力波入射到底板表面反射形成拉应力导致底板发生层裂破坏,在这过程中破坏范围逐渐扩大,导致底板冲击。动载作用过程中底板煤体的水平应力、垂直应力、应力差先上升后瞬间大幅度降低,同时底板煤体拉伸破坏的层裂破坏范围和垂直位移瞬间增加,在此过程中,底板水平应力集中现象逐渐消失。