浅部矿井静载荷主导型冲击地压监测方法与实践

针对浅埋强冲击危险区静载荷高度集中、无顶板活动就面临冲击危险的特征,以古山煤矿为例,确定其冲击地压发生类型为集中静载荷主导型,对集中静载荷采用地震CT技术、数值模拟、现场实测等方法开展了分步评价,分步驱散,联合检验。结果表明:浅埋厚硬单层岩浆岩顶板提供集中静载荷,本次冲击地压无动载荷参与,冲击地压监测应以监控静载荷为主;据采前地震CT探测结果揭示冲击发生后,仍然存在静载荷高度集中区域;开采过程中静载荷实时监测与数值模拟揭示的强冲击危险区相吻合,微震、地音监测技术提供的动载荷信息检验了静载荷监测结果,表明工作面推进中顶板未垮断,高集中静载荷导致底板、煤层破裂。

不规则煤柱影响下旋采工作面冲击地压防治技术

唐口煤矿3303工作面初采期间存在多个不规则煤柱,对工作面的围岩应力状态和分布规律造成了不利影响,工作面存在冲击地压发生可能性。为了防止工作面初采期间冲击地压的发生,对工作面初采期间的应力状态进行了数值模拟研究,分析了倾斜推进、旋采和水平推进3个阶段的工作面围岩应力状态变化及其冲击危险性,划分了6个冲击地压危险区域。回采过程中对危险区域进行应力监测,若发现危险立即采取放炮卸压措施解除冲击地压危险。实践证明通过冲击地压危险区域的划分和危险性分析,继而采取相应防范措施可有效地防止工作面冲击地压的发生。

冲击地压实时监测预警技术及其应用

为了加强对强冲击危险工作面冲击地压的监测,根据覆岩运动理论提出了钻屑当量与煤体相对应力之间的关系,研制了属于中后期预警和局部预警的冲击地压在线实时监测系统。通过现场应用,结果表明:该系统能够动态监测不同孔深的煤体应力变化,能有效地对现场冲击危险状况进行实时在线监测和预警,使强冲击危险工作面及时采取防范措施和局部解危措施。实践证实冲击地压在线监测预警技术有助于强冲击危险工作面的安全开采。

深部复杂地质条件下矿井冲击地压分析及防治

针对深部复杂地质条件矿井开采过程中的动压显现问题,采用综合指数法确定出赵楼煤矿首采1302工作面具有强(偏中等)冲击危险性,冲击危险指数为0.79。通过对赵楼煤矿1302工作面地质及生产技术条件的分析,得出煤层开采深度、煤层的强冲击倾向性、坚硬顶板、岩浆岩侵入和断层等地质构造是影响冲击的主要因素。基于此,对该工作面划分了5个重点防冲区域,并提出了巷道底板钻孔、底板爆破、煤体钻孔、煤体爆破及顶板爆破预裂等防冲措施。工程实践表明:通过先期对冲击危险区域进行科学分析,并在生产过程中及时实施防冲措施,将有效降低深部复杂地质条件下煤层开采过程中的冲击危险性。

冲击地压危险性预评价与实践

基于采动高集中应力对冲击地压的显著影响作用,采用有限差分数值方法对开采区域分采区、工作面以及巷道,进行了冲击危险区域划分;利用弹性基础梁"见方"理论划分得出,21141工作面回采过程中将经历七个危险时期,其中第六危险期为特别危险期。在危险区域、危险时期划分基础上,进行了冲击地压监测与防治实践,实践表明,对冲击地压煤层预先进行冲击危险区域、危险时期划分,有效指导了回采期间冲击地压监测与防治工作。

冲击矿压危险性的模糊综合评价研究

为了合理地评价煤矿工作面冲击矿压的危险性。通过采用层次分析法对影响冲击矿压的自然条件因素、地质动力因素、开采及技术因素、组织管理因素等多种因素进行分析研究,从而确定各影响因素权重,建立冲击矿压危险性的多层次模糊综合评价模型,进而对冲击矿压危险性的低危险、中等危险、高危险作出定量评价,提高对冲击矿压危险性评价的准确性和科学性。研究结果表明:采用所建立的模型所得评判结果能较准确地反映工作面的危险程度,精度较高,为煤矿工作面冲击危险性分析评价提供了一种可行的思路和方法。

基于地球物理响应的冲击地压危险源辨识研究

建立了冲击地压发生模型,理论分析确定了冲击地压危险源层次化辨识思路与地球物理辨识方法;在千秋煤矿开展了井田范围微震方法监测、工作面范围地音方法监测、局部危险点电磁辐射方法监测试验研究。研究结果表明,地球物理监测方法表现出共同特点,即冲击事件前均能监测到前兆,表现为异常的微震事件、地音事件、电磁辐射事件,这些信息为辨识到的冲击地压危险源;在时间上,地球物理方法能超前冲击地压显现,而辨识到冲击地压危险源;在空间上,能够实现远程的、大范围的、立体的危险源辨识。

采区煤柱区域微震规律分析及冲击地压防治技术

分析采区煤柱区域微震活动规律,为冲击地压防治提供依据。以张小楼矿井-1 025 m西一下山采区为例,建立微震频次、能量集中比,分析了采区煤柱区域与全采区微震空间活动性,采用微震事件空间分布分析了工作面回采动态扰动速度和范围以及采区煤柱核心区域的微震分布及大能量微震事件演化过程。结果表明:微震事件在采区煤柱区域存在集中分布,煤柱区域微震频次集中比为3.25,微震能量集中比为3.37;工作面回采速度与采区煤柱微震频次、能量成正相关;工作面超前影响距离平均为166 m,最大为228 m,采空区滞后影响距离平均为90 m,最大为125 m;微震首先出现在远离煤柱核心区的强剪切带,随着工作面的回采,当核心区域的应力达到支承极限时,大能量微震事件发生,冲击危险性增加。通过实施消能限冲技术,成功避免了动力灾害,实现安全开采。

长江三峡链子崖危岩体防治工程效果研究

长江三峡链子崖危岩体防治工程于1995年5月开工,1999年8月竣工,历时51个月。至2004年底,工程效果监测已超过5a,且经受了2003年6月以来三峡水库139m蓄水位的检验。危岩体变形监测、地压监测和整体稳定性计算三方面结合可以作为评价工程治理效果的依据。地表和地下监测点总体变形速率由治理前水平速率接近2．0mm/a、垂直速率约1．5mm/a转为治理后水平速率小于1．0mm/a、垂直速率小于0．75mm/a,证明危岩体逐步稳定。施工过程中主要监测点水平速率为8．0～18．8mm/a,垂直速率为8．0～21．0mm/a,说明危岩体对施工扰动是敏感的。危岩体底部煤层采空区混凝土承重阻滑键体顶面的地压数据在2002年以后基本稳定,地压记录多数为2．0～10．0MPa,最大地压值为18．08MPa,最小地压值为-0．8MPa,证明危岩体以煤层采空区为底界的悬板偏压作用机制导致的应力集中区和负压区确实存在。2003年6月以后三峡水库蓄水至139m,淹没了煤层采空区治理工程,但整个危岩体变形速率无明显变化,地压监测记录的最大变化量小于0．01MPa。根据煤层采空区顶板与混凝土承重阻滑键体接触带现场原位大尺度(1m×1m)岩体力学试验求取的强度参数进行危岩体稳定性校核计算,得出链子崖防治工程达到正常荷载下稳定系数大于1．30(治理前为1．062),特殊荷载下大于1．15的设计目标。

三维地应力场反演技术在冲击危险评价中的应用

为了提高冲击危险评价精度,基于三维地应力场反演技术进行相关研究,以郭家河煤矿Ⅰ盘区为研究对象,在地质构造特征分析、煤岩物理力学试验和矿井地应力实测的基础上,根据多元线性回归原理对三维地应力场进行数值模拟反演,获得研究区域内三维地应力场的地应力;在综合考虑构造应力和采动应力影响的情况下,实现了对Ⅰ盘区冲击危险的宏观评价和对局部范围内冲击危险的精确评价,共划分出11个强冲击危险区和5个中等冲击危险区。

铁路煤柱影响区域冲击地压综合防治技术

为了对开采铁路下煤柱的冲击危险进行有效控制,分析了唐山矿5号煤层的冲击倾向性,得出了该矿特定地质条件下冲击矿压发生机理,提出了"开采设计规避冲击、采前卸压防范冲击、回采期间预测预报及综合防治"为一体的冲击矿压动态防治技术体系。现场实施过程中,巷道布置、支护设计预先考虑防冲效果;掘进期间采用钻屑法圈定重点防治部位,继而采用煤体预注水、煤体爆破卸压等措施弱化煤体;回采期间,超前10～50 m采用钻屑法动态评估冲击危险程度,适时进行卸压爆破,通过综合防冲措施有效地降低了冲击危险性,保证了工作面安全高效回采。

基于动态权重的区域冲击危险性评价方法研究

为了能客观准确地评价煤矿冲击地压的危险程度,减少主观性在评价中的影响,根据模糊综合评判理论,并基于指标权重动态变化的思想,提出了一种新的冲击危险性评价方法。将权重分解为固定不变的属性权重和动态变化的等级权重2部分,采用正态隶属函数计算指标隶属度,得到了指标不同级别之间的过渡边界,评价结果采用最大隶属度原则确定评价等级。该评价方法可以实现指标权重随指标值危险程度的增加而增大,避免因采用固定权重而使危险因素被中和的现象。最后将上述方法在试验工作面进行了评价,所得结果与实际相符。

千米深井掘进工作面冲击危险性预测与防治

为了提高掘进工作面冲击地压危险性评价的准确性,提出了基于多因素耦合的半定量半实测评价方法,通过考虑掘进工作面冲击危险性的影响因素,以及影响因素在矿井的影响程度、范围,得到掘进工作面冲击危险性评价结论。针对不同冲击类型和程度的危险区,制定了针对性的冲击地压治理方法,并在多个矿井得到成功应用。以临矿集团古城煤矿千米深井强冲击煤层3208掘进工作面为例,阐述评价模型与方法的应用情况,结果表明:评价得到掘进工作面冲击危险区的位置、危险程度,相比传统宏观评价方法更准确合理;提出的有针对性的危险区处理方案有效解除了3208掘进工作面的冲击危险,并且减少卸压的盲目性,提高了解危的效率;基于多因素耦合的半定量半实测评价方法可为具有相似条件的矿井掘进工作面冲击地压防治工作提供技术参考。

地铁土压平衡式盾构隧道施工安全评价模式研究

针对地铁土压平衡式盾构隧道施工的特点,首先运用系统工程学的思想对盾构隧道施工存在的危险因素进行辨识,对地铁盾构隧道施工进行层次分析,然后构造安全评价指标体系,运用泛函理论确定指标层和准则层的权重,使用安全检查表法和作业条件危险性评价法等不同评价方法对指标层的款项进行评价,得出指标层、准则层的危险等级,最后使用模糊综合评判法对准则层进行评价得出目标层的危险等级,形成安全评价模式,该模式可为类似工程施工的安全评价提供参考。

华丰煤矿微震监测与冲击地压影响因素分析

针对华丰煤矿1410工作面冲击地压常发生在工作面推进至见方、来压、煤柱和断层影响区域,研究了工作面见方、来压、煤柱、断层4个影响因素与微震监测的关系。研究表明：工作面距见方位置40~60 m时冲击危险性开始增加,见方位置处危险程度最大;周期来压期间冲击危险性要明显大于其他时期;煤柱对冲击地压的影响可达50 m以上,距煤柱10~20 m时,危险程度最大,距断层40~60 m时,受采动应力与构造应力相叠加,冲击危险性加大。最后采用矩法估计法计算分析,得出了华丰矿六煤遗留煤柱对冲击危险性影响最大,权重系数为0.389,断层次之,为0.326,来压和见方影响相对较小,分别为0.153和0.132。经计算得出了冲击危险性的综合评价指数,同时结合微震监测结果,可实现对冲击地压的预测与评价。

南屯煤矿冲击地压防治技术研究与应用

通过对兖州煤业公司南屯煤矿发生冲击地压现象的现状、特点及影响因数分析,结合矿生产实际,提出并制定了适合本矿条件的冲击地压危险预测方法,如煤岩体冲击倾向鉴定、煤层压力-变形观测、数值计算、综合指数计算、煤粉钻孔、电测辐射监测等;解危措施是煤层注水、卸压爆破、钻孔卸压等;解危措施效果检验方法是电磁辐射法和钻屑法,从而建立了适合南屯煤矿冲击地压防治的安全开采体系。

煤矿冲击地压防治体系中的关键问题探讨

针对我国煤矿冲击地压的防治现状,对煤矿冲击地压防治体系中的几个关键问题进行了探讨,得到以下主要结论:从灾害控制的角度界定了冲击地压与矿震及其相互关系,通过主导力源与煤层-围岩结构的分类组合,提出了32类冲击地压和5类矿震的分类,明确了冲击地压以消除灾害为治理目标,而矿震则需要根据致灾程度分级治理;提出并量化了基础应力影响指数、附加应力影响指数、冲击倾向性影响指数和支护强度影响指数4项冲击危险性评价指标,设计了包含应力条件、冲击倾向性条件和支护条件的冲击危险性多参量耦合评价方法;探讨了震动场、应力场和位移场3级冲击危险监测预警机理,提出了单参量特殊预警与多参量常规预警相结合的预警机制,设计了掘进影响区、回采影响区和不受采掘影响区的分区联合监测方法;根据多元评价指标中降低各因素冲击危险性的要求,提出了“低应力”“低扰动”“低倾向”“强支护”的冲击地压防治路线,设计了基于应力和围岩结构分类的局部卸压和解危措施的组合技术;针对矿震诱发井下冲击地压和地面震动损害的动力灾害,将此类灾害的治理等级划分为预防治理、对症治理和源头治理3级,设计了源头减震、分类治灾、卸压抗震的多级防控技术体系。

基于三维地应力场反演的宏观区域冲击危险性评价

为了提高采区宏观区域冲击危险评价精度,基于三维地应力场反演技术开展了相关研究,并以集贤煤矿西二采区为研究对象,在地质构造特征分析、煤岩物理力学性质和矿井地应力实测的基础上,根据多元线性回归原理对三维地应力场进行数值模拟反演,获得了研究区域内三维地应力场的相关信息;综合考虑构造应力、采动影响等因素,实现了对采区宏观区域的冲击危险评价,优化后的单翼顺序开采方案可以降低回采区域应力集中水平,有利于指导现场的冲击地压灾害防治。

卸压爆破振动下锚索支护全煤巷道动力响应特征

针对目前参数不合理的卸压爆破常损伤巷道围岩,减弱防冲效果的问题,基于PASAT-M型便携式微震系统实测的卸压爆破振动参数,并引入爆源模型对爆破震源进行描述,由此在FLAC3D4.0平台上研究了卸压爆破下巷道围岩的损伤破坏模式以及锚索支护的振动特征。研究发现:剪切破坏是爆破振动下巷道围岩的主要破坏模式。爆破振动下近场围岩应力水平出现小幅增加,其中顶板内水平应力增幅约为8%,爆破帮内垂直应力增幅在8.3%,爆破后近场围岩的弹性应变能得到一定的释放。卸压爆破通过造成支护结构锚固段附近煤体变形损伤,而导致锚索支护轴力的降低。利用三维全景钻孔窥视方法对巷道围岩裂隙带进行现场实测,验证了数值模拟结果的可靠性。

平煤十一矿-850m以上己_(16,17)煤层突出危险性评价

为了科学判断平煤十一矿己二采区西翼己16,17煤层-850 m以上的煤与瓦斯突出危险性,对其瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数等瓦斯参数进行了测定,根据《煤与瓦斯突出矿井鉴定规范》和《防治煤与瓦斯突出细则》的相关规定,科学合理地评价了-850 m以上己16,17煤层的突出危险性。实践表明,该评价方法为区域性突出危险性不明的煤层提供了可靠的判断手段。