冲击地压主控因素及孕灾机制

随着我国煤矿逐步向深部开采转移,冲击地压灾害日趋严重。在冲击地压从机理认知走向防冲工程进程中,首要的任务是厘清冲击地压孕灾主控因素,并进行风险程度判识。在上百个冲击地压矿井致灾评价分析基础上,提出了导致冲击地压发生的4类客观主控因素:煤岩冲击倾向性、开采深度、坚硬顶板、地质构造,以及3类人为主控因素:煤柱、采空区及采掘卸荷,并对各主控因素对冲击地压孕灾的力学机制进行了分析讨论。在客观主控因素方面,煤岩冲击倾向性是煤岩积聚变形能进而诱发冲击破坏的自身属性;开采深度与巷道围岩内积聚的变形能呈正相关关系,是冲击地压发生的必要条件;坚硬顶板大尺度周期断裂形成的冲击动载及动能是诱发冲击地压的“导火索”;地质构造对冲击地压的影响显著,对于断层构造而言,断层两盘将在开采扰动造成的突发卸荷影响下产生相对“回弹”;煤层变薄区等效弹性模量变大,超前支承压力呈“双峰值”分布,使得冲击影响范围扩大。在人为主控因素方面,煤柱作为高应力集中区,其尺寸、倾角及相对位置等将直接影响冲击地压发生的概率和强度;采空区会诱发超前支承压力集中区内围岩积聚弹性能的突然释放,尤其是在采高较大、顶板垮落不充分的情况下;采掘卸荷会导致应力集中区快速“迁移”,引发煤体内弹性应变能的大量释放,是造成冲击地压的重要外因条件。在此基础上,对山东新汶、山东鲁西、内蒙古鄂尔多斯、陕西彬长、新疆和甘肃等矿区冲击地压孕灾主控因素差异性,进行了对比分析,强调按层次对矿井、采区和工作面进行冲击地压主控因素及其影响程度判识重要性,构建了从降能、释能、阻能到抗能的冲击地压治理工程路径。

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。

深部地堑构造区域沿空工作面冲击地压分析及防治措施

针对地堑构造区域容易发生冲击地压灾害的问题,以山东某矿6305工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析和数值模拟等方法,深入研究了深部地堑区沿空工作面冲击危险性,并提出了相应的卸压措施。研究结果表明:6305工作面回采至FL37断层时,工作面前方距离地堑构造带处15~30 m超前支承压力明显,最大应力为34 MPa,而当回采至地堑构造区域时,FL39断层处应力变化不大,即地堑构造区域应力变化不明显。根据6305工作面回采期间应力云图及微震数据,针对高应力集中区可采取大直径深孔卸压、顶板致裂以及爆破卸压方案进行卸压解危措施。经过钻屑法的卸压监测,实现了对6305工作面的安全开采,对其他类似工作面的安全生产具有重要意义。

不对称采空区孤岛工作面应力分布及微震活动规律研究

为有效防控不对称采空区孤岛工作面冲击地压,研究其应力分布规律及邻空期间微震演化特征。以济宁二号煤矿33_(下)02工作面为工程背景,运用理论分析手段,建立孤岛工作面平均支撑压力力学模型;运用FLAC^(3D)数值模拟和微震监测手段,研究不同阶段力学及破坏特征。得出了孤岛工作面平均支撑压力理论公式;在一侧邻空阶段,工作面采空侧应力较高,大能量微震事件主要分布在采空侧;在两侧邻空期间,在受到超前应力影响之后,工作面整体应力进一步升高;两侧邻空期间大能量事件增多,微震频次增高。

深部复杂掘进工作面强冲击危险区巷道贯通防冲技术应用分析与研究

针对李楼煤业1306工作面轨道顺槽贯通点埋深达到921 m的高地应力特点,综合微震、钻屑等监测数据,对巷道贯通期间煤体应力变化规律进行了分析研究,对防冲技术措施应用效果进行了检验分析。研究表明:1306工作面轨道顺槽在距离贯通点80 m以后开始受巷道贯通影响,迎头区域煤体应力开始增高;距贯通剩余40 m以后,煤体应力受巷道贯通影响明显,贯通区域煤体应力急剧升高,冲击危险程度增大;通过强断顶、强卸压、二次卸压的技术措施实施,能够有效释放煤体积聚的应力,减低贯通区域煤体应力,保证巷道安全平稳贯通。

6305综放工作面厚表土层薄基岩地表下沉运动特征及原因分析

为了探索厚表土层薄基岩地表下沉运动特征及原因分析,以典型的厚表土层薄基岩厚煤层开采的新巨龙煤矿6305综放工作面为基础,采用理论分析和现场实测相结合的方法进行研究。首先研究得出6305综放工作面地表下沉可分为3个阶段,分别为缓慢下沉阶段、加速下沉阶段、下沉衰减阶段,并分析了各阶段的地表下沉特征,然后基于6305综放工作面覆岩运动和微震数据解释了该工作面地表沉陷特征及三阶段产生原因。

巨厚坚硬顶板类孤岛工作面冲击地压防治实践

巨厚坚硬顶板易于积聚能量,是诱发冲击地压的重要因素之一。以鲍店煤矿10307工作面的冲击地压防治为例,针对巨厚坚硬顶板影响区域制定了深孔爆破断顶方案,配合以煤层大直径钻孔卸压措施和微震、在线应力、钻屑法等监测手段,有效降低了冲击地压危险。研究表明:顶板深孔预裂爆破能够有效切断顶板岩层的应力传递,工作面超前支承压力峰值降低幅度约19%;煤层大直径钻孔能够调控煤体中的应力峰值,破坏了煤体中弹性能的积聚条件;工作面回采过程的微震事件能量和频次都明显减少,防冲措施有效降低了煤岩体的应力集中程度,治理效果良好。

褶皱构造对深井采动应力演化的控制规律研究

针对褶皱构造引起的采场应力异常及采场动力灾害问题,采用FLAC3D数值模拟的方法,研究了褶皱区域煤层开采过程中的应力演化规律,分析了褶皱区域不同位置工作面煤岩应力分布特征。研究结果表明:受上覆岩层和水平挤压作用形成的皱褶,背斜与向斜轴部水平应力集中,其中背斜与向斜内弧压应力集中,外弧拉应力集中;在褶皱中回采时,水平应力起主要控制作用,工作面接近背斜轴部时,顶板岩层稳定性逐渐降低,而底板岩层稳定性逐渐升高;工作面在背斜与向斜之间推进时,自背斜轴部仰采推进时煤壁前方应力更低,回采更安全。赵楼煤矿千米埋深的7301工作面在褶皱中推进时,俯采接近向斜轴部时微震日平均能量增大,仰采推进至背斜轴部时发生工作面煤壁片帮,顶板破碎、垮落等现象,现场观测与模拟分析结果较为吻合。研究结果对采场褶皱区安全开采具有一定的指导意义。

“慢、断、散、岩、检、研”冲击地压防治体系的构建与应用

为减少冲击地压煤矿大能量矿震事件和遏制冲击地压事故,在分析研究国内外防冲理论以及山东煤矿防冲经验教训的基础上,提出了以“系统研究、针对防治”为核心理念的冲击地压煤矿“慢、断、散、岩、检、研”六字防治体系,实现了山东省冲击地压煤矿安全生产3周年,取得显著安全效果。

煤矿井下边角煤柱不规则回采冲击地压防治探索

义桥煤矿4310工作面为边角煤柱回收的不规则工作面,工作面沿断层走向布置,同时受采深、断层构造、邻近采空区等因素影响,工作面采掘期间受高静载和断层活化强动载叠加作用,极易诱发冲击矿压事故。针对4310工作面复杂地质及开采技术因素,通过优化工作面布置以及大直径钻孔、煤层松动爆破及爆破断顶多方式联合卸压等手段,显著降低了4310工作面应力叠加现象,取得了积极效果。

采动应力场控制下的冲击地压机理分析

根据某矿发生冲击地压实例,采用数值模拟方法,应用有限差分软件FLAC3D对发生冲击地压的应力原因进行研究。数值模型建立后,研究随工作面2的分步开挖,受工作面1采空区影响的联络巷附近区域的应力分布规律,结果表明:由于工作面1采空区的存在,在工作面2回采246m后,其超前支承压力与工作面1的采空区引起的支承压力在距联络巷20～50m处相互叠加,最大应力集中系数达1.8,如此大的应力集中为此处发生冲击地压的应力原因。

安居煤矿1311工作面防冲治理措施及应用

针对安居矿1311工作面冲击地压防治问题,采用减控措施、动态监测预警、强支护以及卸压孔卸压等措施,综合治理1311工作面冲击地压。采用顶板深孔爆破预卸压手段后,采掘期间矿震多以小能量为主,降低采掘过程中的矿震总能量以及大能量矿震问题,提高了低应力采掘环境,降低了工作面采掘期间的冲击地压风险,保证了工作面安全高效回采。

地堑构造区综放工作面开采诱冲机理及防治技术

针对地堑构造区开采冲击地压防治难题,以义桥煤矿3307工作面为工程背景,在分析工作面地质资料和工程条件的基础上,应用FLAC^(3D)数值模拟软件,构建了地堑构造区三维数计算模型,模拟研究了地堑构造区工作面开采应力场分布及断层活化规律,揭示了地堑构造区综放工作面开采诱冲机理。在此基础上,提出了工作面超前危险区预测+大直径钻孔强卸压+多源信息监测预警于一体的冲击地压综合防治技术,并进行了现场应用。监测结果表明,该技术体系可以有效预防与消除工作面冲击地压危险,确保工作面安全高效开采。

浸水区段大煤柱合理性留设及应用实践

为了研究浸水煤柱对冲击地压的影响,以霄云煤矿1314工作面浸水大煤柱为例,基于冲击地压理论研究和数值模拟,分析了不同煤柱宽度下煤柱应力分布和塑性区演化特征,得到1314工作面区段合理煤柱宽度为28 m。通过加强巷道支护,强化监测预警和卸压,对工作面回采期间的冲击地压进行了有效防治,保证了安全生产。最后经微震监测验证了煤柱宽度的合理性。该研究结论为类似条件下区段煤柱的留设及相应的冲击地压防治提供了借鉴。

顶板深孔预裂爆破技术在综放工作面中的应用

阳城煤矿3305工作面埋深大且受断层影响,顶底板及煤层具有弱冲击倾向性且临近3303采空区,有发生冲击地压的可能。本文从减弱冲击动载及改善区域静载2个方面,阐述通过顶板深孔预裂爆破技术降低3305工作面冲击危险性的机理,并通过分析矿震数据验证了实践应用效果。研究结果表明,实施顶板深孔预裂爆破后,区域矿震频次及能量明显减小,说明顶板深孔预裂爆破可有效减弱矿震能量强度、降低区域应力集中程度。研究结论可为深孔预裂爆破技术在综采放顶煤工作面两顺槽及断层区域冲击地压防治提供借鉴和参考。

鲁南煤监分局召开辖区煤矿安全技术经验交流会

4月17日，鲁南煤监分局在山亭宾馆召开辖区煤矿安全技术经验交流会议，分局总支书记李大普主持会议，并就会议精神的贯彻落实提出了要求。辖区各煤矿企业总工程师，分管“一通三防”和防治水的副总工程师，以及鲁南煤监分局全体同志共计170余人参加了会议。

付村煤矿综放工作面切眼的锚网带支护

作者应用现代支护理论，结合采用锚网带结构支护大断面全煤巷道的实践，并通过矿压观测分析，提出了合理支护参数，评价了该种支护与传统工字钢棚支护相比的优越性。

全煤巷道的锚、网、梁支护

作者通过锚、网、梁支护技术在付村矿全煤巷道的成功实践，结合对矿压观测数据的分析，为类似条件下全煤巷道合理确定支护参数提供了参考。同时也证明了锚、网、梁支护是一项技术先进、经济合理、有较大推广价值的煤巷支护方式。

基于三维应力监测及能量判据的煤柱稳定性分析

根据鲍店煤矿7302工作面地质构造和煤岩体覆存状况,采用应力解除法对该回采面进行了现场地应力实测,并结合三维应力长期动态监测技术对采动影响下的边界煤柱上方顶板岩层应力变化规律进行了研究,基于能量判据对煤柱稳定性进行了分析。结果表明:采动影响下各监测断面三维应力均有增长,增长幅度及幅值有所差异,监测断面Ⅳ应力增长速率和弹性应变能高于其他区域,整体来看边界保护煤柱稳定性较好,三矿交界处应继续重点监测。

不规则煤柱变形破坏机理矩张量反演研究

为探究不规则煤柱变形破坏机理,为采场煤柱失稳型动力灾害防治提供理论参考,基于不规则煤柱区微震监测数据,利用矩张量反演、应力场反演及波速层析等方法,研究不规则煤柱破裂类型、震源机制、主控因素、应力分布及变形破坏特征,并由此提出不规则煤柱变形破坏机理。结果表明:不规则停采煤柱胶带巷侧发生压缩破坏,辅运巷侧主要表现为拉伸破坏;区域震源机制为左旋斜滑正断层,推断真实断层面为走向214°、倾角55°、滑动角-145°;煤柱变形破坏主要受最大主应力σ1控制,相邻矿井采空区侧向压力是煤柱破坏的主导因素;在最大主应力σ1主控作用下,煤柱发生压缩破坏,并造成应力集中及煤岩体变形破坏向煤柱内部转移。