冲击地压危险区域巷道三级吸能支护探索与应用

以峻德煤矿为研究对象,借鉴国内冲击地压矿井三级吸能支护体系的成功经验,分析了三级吸能支护体系防冲机理和实施条件,结合峻德矿区93172综放工作面冲击地压的实际情况,研发出一级支护围岩喷射混凝土、二级支护U型棚和三级微拱形液压单体框架吸能结构的支护技术,并在该矿冲击地压危险区域巷道支护中进行了实践应用,取得了良好效果。

煤矿冲击地压巷道三级吸能支护的强度计算方法

针对冲击危险巷道防冲吸能支护缺乏量化设计方法这一难题,从冲击地压巷道围岩的静-动力学环境与结构特征两方面,开展防冲吸能支护强度计算方法研究。结果表明:由于支护与卸压双重作用,巷道周围形成了以巷内支护层、锚固层、卸压层以及原岩层为主的多层圆环结构,各层圆环内的围岩材料性能在巷道围岩径向方向形成典型的梯度结构特征。基于拟静态法,将远场冲击动载荷与围岩静载荷叠加,通过简化锚固层内锚杆(索)支护作用,弱化卸压层内煤岩力学参数,建立了冲击地压巷道围岩梯度结构力学模型。利用梯度结构内多层圆环接触面上的应力计算方法,进行了梯度结构围岩内多层圆环接触面间的受力分析,验证了弱化卸压层内的煤岩力学性能、增加卸压层的结构尺寸、提高锚固层的支护强度,可减小冲击载荷对巷内支护层的作用,提高巷内支护层的抗冲击能力。引入冲击破坏等级系数,建立了吸能防冲支护强度与冲击地压等级间的关系,给出了冲击危险巷道三级吸能防冲支护的强度计算方法,实现了冲击危险巷道吸能防冲支护参数的量化设计。结合某矿具体工程实践,核算了该矿所采用的“锚杆(索)+可缩性36U棚支架+液压抬棚和吸能液压支架”三级吸能防冲支参数最大能够抵抗等级为2级(相当于震源距离巷道100 m,释放108 J能量)的冲击地压。

基于能量计算的冲击地压巷道三级吸能支护参数确定

煤矿冲击地压的工程治理主要集中体现在冲击地压启动前的"防"与冲击启动后的"止",而如何依据冲击类型及能量特征设计吸能支护参数,有效地"止冲"对削弱冲击破坏程度具有重要意义。为实现冲击地压巷道吸能支护参数的量化设计,通过分析不同类型冲击地压释放的能量主体与破坏特征,指出了冲击危险巷道三级吸能支护方式的选择原则;基于能量守恒原理,考虑冲击释放能级、围岩破坏特征以及支护装备力学特性,给出了三级吸能支护参数的确定方法。研究结果表明:煤体压缩型冲击地压释能主体为煤体,释放能量一般不大于10~6J;顶板断裂型冲击地压释能主体为顶底板围岩,坚硬顶板断裂时释放能量不低于10~6J;断层错动型冲击地压释能主体为断层,释放能量在10~7J以上。不同类型冲击地压发生后,巷道围岩表现出不同程度的震动破坏,吸能支护设计应遵循原则:冲击能量分级设防、锚杆锚索主动支护优先、全断面主-被动联合支护、巷道支护结构整体稳定性与经济性。进行防冲支护参数设计时应采用逐次递进法设计吸能锚索、吸能U/O型棚、吸能液压支架的支护参数,当吸能锚索支护间距小于0.8 m时,升级为二级吸能计算,当吸能U/O型棚的排距小于0.6 m时,升级为三级吸能计算。现场实践表明:基于能量法的巷道支护参数可靠,防冲效果显著。

煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论基础与关键技术

煤岩层赋存条件决定了煤矿深部开采条件下煤岩动力灾害的发生机理更趋复杂、防控难度显著增大,如何解决煤矿深部开采煤岩动力灾害防控问题,直接影响我国煤矿的安全生产和能源的有效供给。针对“煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究”这一科学命题,基于冲击地压“三因素”机理和煤与瓦斯突出的综合作用假说,从煤岩动力灾害防控理论基础、关键技术和防控实践等3个方面,梳理澄清了煤矿煤岩动力灾害防控中的一些模糊概念,建立了用于统一描述冲击地压和煤与瓦斯突出发生机理的广义“三因素”(“物性因素”、“应力因素”及“结构因素”)理论,确定了我国煤矿典型冲击地压的4种类型(煤层材料失稳型、煤层结构失稳型、顶板断裂型、断层滑移错动型),分析了影响冲击地压和煤与瓦斯突出的主要因素,从思想认知、原则方法及技术核心等方面凝练了煤岩动力灾害多尺度分源防控技术,提出了深部开采冲击地压巷道“三级”吸能支护思想与成套技术,开发了煤与瓦斯突出井上下联合抽采防控技术和超高压水射流“横切纵断”防治复合煤岩动力灾害技术,并在现场开展了应用试验。煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论与关键技术的建立与完善,为我国今后煤矿煤岩动力灾害的防治提供了科学依据。