基于顶板结构特征的冲击危险性评价方法及应用

目前煤矿普遍采用的冲击危险性评价方法忽视了岩层层位、厚度等对冲击危险性评价结果的影响,致使现有冲击危险性评价体系对不同地层结构下顶板冲击危险性评价准确度不足。根据采空区覆岩破坏程度,建立了全悬顶结构、半悬顶结构及完全移动结构3类顶板结构力学模型,分析了各类顶板结构类型下的应力传递机制,提出了基于3类顶板结构与实测矿震数据相结合的动静载叠加应力计算方法及考虑顶板结构特征的冲击危险性评价指标及评价方法,并分析了岩层强度系数、关键层厚度以及岩层下沿距工作面距离对冲击特征参数p的影响规律;依托鄂尔多斯市某矿2201工作面、济宁市某矿63上06工作面及菏泽市某矿3301工作面地层结构条件,进行了顶板岩层结构下动静载叠加应力及冲击危险性评价参数的计算,并根据计算结果进行了冲击危险性评价验证分析。

刀把式工作面切眼对接阶段煤体采动应力分布规律研究

以云盖山二矿23304工作面为工程背景,对工作面基本顶的破断形式直接影响刀把式工作面由短工作面过渡到长工作面时切眼对接阶段衔接面周围煤体的应力分布和矿压规律进行了研究。采用理论分析结合3DEC数值模拟的方法分析了云盖山二矿23304刀把式工作面1号切眼工作面与2号切眼对接阶段基本顶不同破断形式和覆岩结构特征,揭示了不同岩梁属性对内应力场范围的影响规律。结果表明,侧向关键块B断裂位置对煤体影响程度由小到大依次为:采空区侧、煤壁前方、煤壁正上方,侧向基本顶断裂位置深入煤体6.21 m,内应力场范围约为12.91~14.43 m,煤体弹性模量对内应力场范围表现为负相关且影响最显著。

孤岛工作面围岩整体失稳冲击危险性评估方法

根据孤岛工作面采空区上覆岩层受采动影响的程度,将其顶板结构分为全悬顶结构、半悬顶结构和完全移动结构。通过理论分析3种顶板结构的应力传递机制,建立了孤岛工作面支承压力估算模型,提出了支承压力估算方法,并构建了存在基于弹性承载区的孤岛工作面围岩整体失稳冲击危险性评估方法。采用本文提出的估算模型及评估方法,对"全悬顶-完全移动结构"和"全悬顶-全悬顶结构"孤岛工作面进行了冲击危险性判定,为矿山决策孤岛工作面能否安全开采提供了理论依据。

采场围岩控制理论与实践综述及展望

简单回顾了采场顶板结构理论、顶板运动参数预测、采场支承压力分布规律和顶板运动监测预报研究的进展情况,并提出了今后采场矿压研究方向。

采场全生命周期及其应力的时空演化特征分析

井工开采过程中采场应力的分布及演化规律对于回采巷道及工作面围岩的稳定性控制至关重要。本文将开切眼到停采的全部过程称之为采场全生命周期,且将采场应力分为工作面超前支承应力和工作面顶板应力两部分,基于材料力学建立了采场全生命周期内覆岩结构模型得到了不同阶段超前支承应力的力学函数;借助UDEC软件来分析采动过程中覆岩结构的时空演化过程和超前支承应力的动态演化特征,得到了工作面超前支承应力和工作面顶板应力的协调非同步演化特征,认为单个周期来压内超前支承应力峰值会在空间和时间上超前于工作面顶板应力峰值出现,且二者均表现出周期来压前大于来压后的规律,在采场全生命周期内在采动达到非充分采动和充分采动交界点阶段先后达到极值,因此依据采场应力的演变规律将采场全生命周期分为发生期(Ⅰ)、发育期(Ⅱ)、稳定期(Ⅲ)3个阶段:发生期(Ⅰ)对应的是开切眼至基本顶初次来压,采场应力保持稳定的缓慢增长;发育期(Ⅱ)对应的是周期来压至非充分采动与充分采动阶段的交界点,采场应力保持不同的增长速率;稳定期(Ⅲ)对应的是充分采动直到停采阶段,采场应力保持着较为稳定的波动;通过对采场全生命周期及其应力的演化特征分析及划区可以预先对回采过程中的高位应力区进行判定,及早采取相应的措施,为采场的安全提供保障。

采空区下动压巷道顶板结构及运动分析

针对某矿42103工作面回风巷受上方22煤和42102工作面多次采动影响后巷道围岩变形破坏严重的问题,采用侧向支承压力实测和理论计算方法,分析采空区下动压巷道顶板结构特点和顶板岩层运动规律。

大采高工作面切顶卸压沿空留墙技术可行性研究

为解决大采高工作面沿空留墙混凝土墙体承载大导致墙体大量变形的问题,针对王庄煤业沿空留墙现场条件,对沿空留墙混凝土承载结构进行了确定,计算了混凝土墙体承受载荷与其最大承载能力,提出了采用切顶卸压技术减弱墙体承受载荷。通过数值模拟分析得出采用切顶措施后,可以有效减小工作面侧向支承应力峰值,减小混凝土墙体承受的载荷,降低回采巷道煤帮侧应力集中现象,达到卸压的效果。以数值模拟结果为基础确定采用爆破切顶技术,切顶高度为15 m,并对爆破方案进行了设计。现场实践结果表明,该爆破切顶方案成功起到了卸压护巷的作用。

锚杆支护控制综放面端头顶板技术研究

考虑巷道支护及综放工作面回采期间矿压显现特点,通过理论研究和数值模拟分析,确定了合理的锚杆、锚索支护参数,在保证巷道支护效果的同时,有效支护综放工作面端头顶板,为解决取消端头支架后端头顶板维护问题提供了一条技术途径。

采场覆岩的“载荷三带”结构模型及其在防冲领域的应用

决定采场冲击地压的基础应力主要是重力和构造应力,诱发冲击的力源主要是采场上覆岩层结构运动产生的应力,而上覆岩层多变的结构形式和运动规律是导致冲击地压机制复杂、冲击形式各异的主要原因。通过研究采场边界条件与覆岩结构的关系,以矿山压力和岩层控制理论为基础,提出了影响采场冲击地压应力场的"载荷三带"岩层结构模型,并阐述了"载荷三带"对工作面侧向及走向支承压力的影响。基于"载荷三带"模型,研究了采场冲击危险性的评价、监测和防治方法。采用提出的"载荷三带"模型,能够对采场可能发生的冲击地压进行分类和危险性判定,为针对性治理冲击地压提供理论依据。

郓城煤矿冲击地压与载荷三带关系研究

以郓城煤矿冲击地压事故为背景,研究了郓城煤矿1300工作面泄水巷冲击地压的致灾机理及防治方法。通过引入"载荷三带"覆岩结构模型,分析了郓城煤矿一采区上覆岩层空间结构及其运动规律,结合微震系统监测结果,验证了工作面回采期间载荷三带岩层的运动及加载特性。建立了"载荷三带"侧向支承压力估算模型,得到了1300工作面侧向支承压力分布规律,估算了工作面回采期间泄水巷煤岩体承受自重应力、构造应力和侧向支承应力的叠加总应力,该应力超过了该矿的临界冲击应力,判断郓城煤矿冲击地压是高地应力和构造应力作用下,厚层坚硬顶板长期运动发生应力积聚从而导致冲击。通过合理设计巷道平面位置避开侧向应力峰值区域、采用适当降低推采速度和合理设计煤层大直径卸压孔参数等措施,可以有效治理该类冲击地压。

深井突水诱发静压冲击机制研究

冲击地压发生的根源是围岩支承压力分布规律的改变,以郓城煤矿1301工作面为工程背景,为研究冲击区域受采动影响较小的情况下,冲击发生的根源,采用理论分析、现场检测、工程试验等方法研究水仓围岩应力的分布规律及岩性的改变,研究内容为:(1)新型冲击地压类型“静压冲击”,以及“静压冲击”发生的机制;(2)水仓围岩应力的分布规律;(3)通过煤岩体浸水试验揭示水仓周围煤岩体浸水一个月岩性发生的变化。从而揭示了郓城煤矿1301工作面“1·8”事故演化的过程:水仓煤柱失效,顶板由“θ”型结构向“O”型结构转变,水仓围岩应力重新分布,再加上煤岩体浸水导致煤岩体岩性特别是煤岩体的单轴抗压强度由原来的16.7MPa降低为10.63MPa,进而得出郓城煤矿1301工作面“1·8”事故发生的根源,该方法对于类似条件工作面的防冲具有重要的参考意义。