淮北矿区深井高地压大变形量软岩巷道的支护实践

介绍了淮北矿区近年来在高地压软岩巷道支护方面采取的主要技术路线和工程实践,针对矿区复杂的地质条件,分别制定了相应的支护对策,初步探索出了一条适合淮北矿区深井高地压大变形量软岩巷道的支护理念、设计方法、施工工艺,对类似条件的矿区具有一定的参考价值。

深井高地压大断面复合顶板煤巷锚杆支护技术

随着矿井产量和效率不断提高，煤巷断面越来越大，成巷速度越来越快，传统的棚式支护已不能满足生产需要。针对淮南矿区深部复杂地质条件，采用高预应力、强力锚杆煤巷支护技术，实现了一次支护有效控制围岩变形与破坏，避免二次支护和巷道多次维修。解决了深井高地压复杂地质条件下的煤巷快速掘进、快速支护等技术难题，从支护效果、支护成本、减轻工人劳动强度及为采煤工作面的快速推进方面创造了良好条件，是煤矿实现高产高效生产的有效途径。

高地压大型软岩硐室施工关键技术

金川公司三矿区+1 165m水平大断面破碎硐室处于高地压软弱破碎岩体中,施工中采用了"先外围,后主体"的硐室群施工顺序、"两侧上行倾斜双导硐及下行分层,层间分区刷大"的施工技术、"先让后抗,让抗结合,先拱后墙,多次支护"的围岩稳定支护技术,取得了预期效果。其关键施工技术在深部矿山、大长山岭隧道、海底隧道、军工民防等地下工程建设中,具有推广应用价值。

煤矿防治冲击地压大直径钻孔施工技术与装备

为解决常村煤矿冲击地压煤层钻孔施工卸压效果不理想的问题,分析了冲击地压煤层卸压钻孔成孔的难点、要点,采用高转速、大转矩、长行程钻机和宽翼片螺旋钻具,实现了中间加杆、后部提钻的高效操作流程和水介质宽翼片螺旋钻进工艺方法,在常村煤矿21220下巷掘进工作面进行试验。试验结果表明:通过优化操作流程缩短施工辅助时间,采用水介质与宽翼片螺旋钻杆结合提高排粉效率,实现了大直径卸压钻孔的快速、安全施工的目的,施工钻孔直径最大达到了193 mm,钻孔深度由20 m延伸至40 m,卸压效果明显,巷道掘进效率提高10%,为21220采煤工作面按期安全贯通和回采提供了保障。

浅谈高地压大采高综采工作面回撤条件准备

淮北矿区煤田地质条件比较复杂,断层发育地压大,在大采高综采工作面收作阶段,地压显现尤为明显。要保证综采工作面液压支架的安全回撤,前期的收作条件准备必须充分到位,本文论证的收作准备条件在实际回撤工作中,都证明是行之有效的,为工作面的支架安全回撤提供了可靠的保证。

适用于地压大矿岩软破采准巷道的支护配套工艺

本文通过对小官庄铁矿西区地质特征和原来支护存在问题的分析,提出了适宜于矿岩软破、地压大的巷道的掘支一体化的施工工艺及按围岩稳定情况分等级进行锚喷网支护等一系列技术措施,取得了良好的支护效果,保证了生产的正常进行。

受水侵蚀的高地压大倾角松散煤层巷道支护实践

介绍了受地下水侵蚀的高地压大倾角松散煤层巷道的支护技术方案、支护设计与施工要求,为类似条件巷道的支护提供了参考。

山东能源冲击地压大数据综合监管平台建设研究

山东能源集团有限公司冲击地压矿井数量多、地域分布广、地质条件复杂,为解决冲击地压防治工作形势严峻的问题,新山东能源集团有限公司整合了兖州煤业与原山能防冲中心力量,建设了冲击地压大数据综合监管平台。首先分析了冲击地压大数据综合监管平台在建设过程中存在的问题,针对这些问题通过信息网络化、数据传输方式与数据采集手段、高并发与快速响应、数据存储与空间信息处理、分布式协同服务器、WebGIS的方法和技术进行了解决;分析了平台综合应用技术后的架构;从煤矿防冲资料的完整性监管、工作面邻近距离监管、煤矿防冲日报监管、煤矿综合冲击指数监管、煤矿监测系统运行状态监管、数据集成状态监管、监测异常与煤矿处置情况监管及其他监管功能8个方面对平台的功能进行了介绍;通过案例分析了平台的实际应用效果;最后总结了平台的优势与创新点。

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。

松脱地压大断面巷道围岩管理

晓南矿SE1402运顺,由于煤层顶板复合较厚,加之为孤岛式开采,压力集中,在掘进时为保持巷道稳定,采取了沿稳定顶板掘进的方式,致使巷道顶底板与煤层层位出现错差,在后期回采时需采用深拉底的方式对运顺层位进行校正,进入综采工作面超前支护20m受采动影响,直接影响到巷道的稳定性。针对上述条件下的围岩管理进行探索,对施工工艺进行了改革,对支护强度提出了更高的要求。

急倾斜深埋巨厚煤层掘巷冲击地压前兆特征及其灾害防治

随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量变化数值模拟分析,揭示巷道掘进的冲击地压发生机理,提出急倾斜巨厚煤层巷道冲击地压防治策略,并完成现场工程实践验证。研究结果表明:急倾斜巨厚煤层巷道掘进的冲击地压发生前第2~5天出现微震总能量极低值,或存在至少4 d的能量潜伏期;冲击地压发生前5 d普遍存在3 d以上的最大能量占比高频波动期。冲击地压发生前存在明显缺震现象,发生位置集中分布在距离掘进工作面较近的微震能量极小值区间范围内,或位于微震能量极值区间附近的微震频次极小值区间范围内,且冲击地压事件位于冲击变形能指数较高区域。急倾斜巨厚煤层水平分段综放开采的坚硬覆岩结构不易破断,使得巷道掘进存在上水平采空区两侧“双翼型”应力集中,掘进工作面前方与巷道底部受顶底板岩层相互挤压的应力集中分布且能量积聚显著,随着巷道掘进深度增加其应力集中与能量积聚进一步增强,容易诱发冲击地压等动力灾害。综合分析形成急倾斜巨厚煤层巷道掘进的工作面爆破卸压、巷道钻孔卸压与补强支护、复杂区域架蓬的冲击地压防治策略。结合冲击地压时空前兆异常为及时加强卸压力度提供时机。通过工作面与巷道卸压使得掘进期间未发生单日累计1×105 J以上微震能量,在对支护优化调整与复杂区域重点防护后,巷道掘进日均微震能量降至2.2 kJ,其1 kJ以上微震事件占比下降且巷道断面整体平整。研究结果为急倾斜巨厚煤层巷道安全掘进提供了科学依据。

急倾斜特厚煤层冲击地压防治探索与总结

急倾斜特厚煤层开采顶板破断运动复杂,应力和能量演化规律特殊,在深部“三高一扰动”影响下,冲击地压防治不容乐观。基于某矿2016年冲击地压事故后急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压防治经验,从急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压发生机理、瓦斯突出与冲击地压综合防治和冲击地压管理详细介绍了该矿7年来急倾斜特厚煤层冲击地压防治经验。冲击地压发生机理方面,建立了顶板岩层倾斜悬臂梁模型,揭示了顶、底板覆岩结构破断失稳演化过程,划分了夹持煤体受力状态分区,提出了急倾斜特厚煤层冲击“夹持理论”。瓦斯突出与冲击地压综合防治方面,基于冲击地压灾害控制解危技术的强度弱化减冲理论,结合原有防突措施体系,提出了既能防冲且对防突有利的解危措施,形成了某矿瓦斯/CO_(2)突出-冲击地压“双防”技术体系,建立了适用于某矿急倾斜特厚煤层水平分段开采的冲击地压防治体系,以钻屑量和瓦斯吸解值验证了瓦斯突出防治的强度保障,同时以加强实施卸压措施工作面的微震事件分布及各能级总频次和能量对比,论证说明了卸压方案防治效果的有效性。冲击地压管理方面,形成了预测评价、监测预警、治理预防、效果检验、安全防护和教育培训“六位一体”综合防治架构,基于《煤矿安全规程》和《防治煤矿冲击地压细则》等各项规定,制定了Q/YJMD-—FC 0104-2022《窑街煤电集团有限公司煤矿冲击地压防治第四部分:冲击地压防治技术规范》。

井下断层活动的定量监测及其对冲击地压的影响研究

为建立断层活动与冲击地压之间的定量关系,实现煤矿冲击地压有效防控。通过理论分析义马矿区地质构造环境,以及耿村煤矿13200工作面与断层影响带的相对位置关系,研究了断裂构造对冲击地压的宏观控制作用。计算了井田构造应力并进行了构造应力区划分,分析了构造应力分区对冲击地压的控制作用。提出了井下断层活动性的定量监测方法,构建了“震源区煤岩体与动力核区尺度等量,震源能量随传递距离逐渐衰减”的模型,建立了大能量微震事件与断层活动的关系,确定了断层活动性对冲击地压的影响。研究结果表明:义马煤田内相对复杂的逆冲推覆构造体系,构成了义马矿区冲击地压的地质构造背景条件。F_(16)断层的影响带范围为7000~7600 m,13200工作面全部处于F_(16)断层的影响带内,在开采活动的影响下进一步增大了冲击地压的发生危险。Ⅰ-2断裂、Ⅲ-4断裂和Ⅳ-7断裂等控制的区域是冲击地压和大能量微震事件显现的主要区域,且冲击地压和大能量微震事件大多位于应力梯度区范围内。在大能量微震事件孕育和发生期间,F_(16)断层位移分别增长50 mm和45 mm;大能量微震事件发生前,断层活动拉力的增幅均相对最高,分别为2.58 kN和2.93 kN,断层位移量的快速增加和较高的应力增幅构成了大能量微震事件的主要能量来源。表明大能量微震事件和冲击地压的发生均与断层的活动联系紧密。井下断层的实际定量监测方法可以广泛应用于矿井冲击地压预测与防控的指导工作中。

基于冲能吸能平衡效应的冲击地压巷道分级支护研究

冲击地压是煤炭开采过程中发生的一种动力灾害,主要是由积聚在煤岩中的弹性变形能突然急剧释放造成的,约90%发生在巷道中。巷道冲击破坏不仅与冲击能量直接相关,还与冲击距离远近紧密相关,提出能距比的概念,即冲击震源释放能量与其至巷道距离的比值。根据冲击地压动静载叠加机制和冲能吸能平衡理论,综合考虑冲击震源能距比量级、巷道破坏程度、支护构件吸能、弱结构吸能等特性,建立了巷道围岩冲击矿震稳定性控制模型,分析了冲能、吸能的构成和计算过程,搭建了冲击地压能级与巷道支护强度之间的对应关系,确定了“四高锚网+”为主导技术的煤矿巷道防冲抗震支护体系。根据能距比量级大小,将冲击地压巷道支护安全可靠性分为P1~P4级别,分级对应采取不同支护强度的“四高锚网+”组合支护技术。“四高”锚网支护可对应能距比为102量级的无冲击巷道,“四高锚网+1”(O型钢棚、吸能防冲单元架、围岩弱结构)对应能距比为103量级的冲击地压,“四高锚网+2”对应能距比为104量级的冲击地压,“四高锚网+3”对应能距比为105量级的冲击地压,106及以上量级的冲击危险必须停产、撤人远场处理。结合工程实例进行了巷道防冲支护方案和参数设计,初步验证了理论研究成果的可行性和实用性。研究成果可为我国煤矿冲击地压巷道支护理论研究和工程实践提供一定的参考指导。

巷帮煤体整体滑脱型冲击地压锚杆防冲支护原理及工程实践

冲击地压是目前严重影响煤炭安全有效开采的灾害之一,研究锚杆防冲支护原理和技术对防治巷道冲击地压灾害具有重要意义和价值。通过对巷帮煤体整体冲入型冲击地压发生的地质条件以及破坏特征进行总结分析,认为坚硬顶板与坚硬煤层是此类型冲击地压的重要地质特征,而巷帮煤体整体滑脱是其主要冲击破坏特征。在此基础上,以巷帮滑脱煤体为研究对象,建立了顶板-巷道-底板复合结构体力学模型,建立了巷帮煤体发生水平滑移的极限平衡方程,并对各个参数进行分析。结果表明:由于顶板反弹使巷帮煤体竖直方向压力降低,巷帮煤体被构造应力推入巷道发生冲击地压。基于该发生机制模型,认为目前的锚杆支护设计体系在防治巷帮煤体冲入型冲击地压存在不足,并基于其发生和破坏特征,建立了针对巷帮煤体整体滑脱型冲击地压的锚杆防冲支护设计原则,即将顶和底帮锚杆锚固端分别穿层打入稳定的顶底板内,并使用长锚索取代中部帮锚杆,提供锚杆支护的防冲作用。基于新建立的锚杆防冲支护设计方法,以大屯矿区孔庄煤矿7305工作面防冲支护为工程背景,在宽煤柱段巷帮锚杆支护采取了防冲设计,帮顶、底部锚杆及补强锚索均锚固于顶底板内部,能够有效吸收煤体滑动动能,提高安全性。

宽高比对煤柱型冲击地压影响规律的实验研究

我国深部煤炭开采日趋复杂,区段煤柱在采动、构造或坚硬顶底板影响下极易诱发煤柱型冲击地压,煤柱型冲击地压的防治已成为煤矿安全高效开采的难题,研究不同宽高比条件下区段煤柱的力学性能及冲击破坏特性对煤柱型冲击地压防治具有积极意义。采用不同宽高比煤样的“岩-煤-岩”组合体进行了单轴压缩实验,通过分析煤岩组合体的冲击倾向性、动态破坏特征、分形维数和声发射特征参数等,研究了宽高比对煤柱冲击破坏的影响规律。结果发现:①煤柱的宽高比对煤岩组合体的冲击倾向性具有显著影响,宽高比不小于2∶1时,其冲击能量指数K_(E)为1.82~2.65,冲击倾向性无明显变化;小于2∶1时冲击倾向性呈先升高后降低的趋势,1∶1时K_(E)最大,达到了15.43。②随宽高比减小,煤岩组合体破坏特征依次表现为:拉压破坏—压剪破坏—拉剪破坏。煤柱宽高比为5∶1~3∶1时,煤岩组合体破坏较为缓慢;宽高比为2∶1时开始出现片状煤屑弹出,冲击破坏剧烈程度较低;宽高比为1∶1和0.75∶1时,具有明显的冲击破坏特性;宽高比为0.5∶1时,煤岩组合体整体稳定性下降,相对0.75∶1煤岩组合体煤柱破坏的剧烈程度降低。③峰后声发射能量释放率与分形维数D变化规律相似,均随宽高比减小呈先升高后降低的趋势。宽高比不小于2∶1时,煤岩组合体破坏过程中能量持续释放时间较长,煤柱破坏平缓;宽高比为1∶1时,能量释放率和D值明显增大,相较宽高比不小于2∶1煤岩组合体的能量释放率增大了约4倍,D值增大了0.18~0.23,煤柱冲击破坏最为剧烈;宽高比0.75∶1煤岩组合体能量释放率与D值分别降低了约10%和0.01,破坏剧烈程度与1∶1煤岩组合体相近;宽高比减小至0.5∶1时,相关参数的降低幅度约为0.75∶1煤岩组合体的6倍,破坏剧烈程度相对较小。研究表明:宽高比对煤柱的冲击破坏具有显著影响,整体上,煤柱冲击破坏剧烈程度随宽高比减小(5∶1~0.5∶1)呈先升高后逐渐降低的趋势;煤柱宽高比大于3∶1时,煤柱冲击危险性相对较小,煤柱宽高比为1∶1和0.75∶1时冲击危险性较大,0.5∶1次之。

山东龙郓煤业10·20冲击地压事故区域应力背景与防控研究

矿山巷道、交通隧道等地下硐室围岩稳定与岩体所处区域地应力环境息息相关。分析区域深部地应力与地下硐室走向、形状等因素的关系,有助于提前规避硐室开挖风险。文章以山东龙郓煤业10·20冲击地压事故为背景,通过地应力测量与监测工作,初步揭示了山东西部地壳浅表层现今地应力环境,结合龙郓煤业矿区附近现今地应力场特征,探讨此次冲击地压事故产生的区域应力背景,并从地应力角度提出相应的防控建议。研究结果表明:测量深度范围内主应力大小总体上与深度成正比线性关系,最大水平主应力值为3.48~20.76 MPa,随深度增加梯度为0.0182 MPa/m;最小水平主应力值为3.44~14.95 MPa,随深度增加梯度为0.0130 MPa/m;区内最大水平主应力方位为北东43°~89°,平均方位为北东75°;地壳浅表层构造作用以水平构造作用为主,但随着深度的增加,逐渐向垂直构造作用转变;龙郓煤业10·20冲击地压事故的诱发机制主要是垂向应力大于水平主应力,现今处于拉张应力环境,尤其是巷道走向平行于最大水平主应力方向;建议龙郓煤业巷道轴线与最大水平主应力方向的夹角为60°~90°,同时巷道顶板可以采用拱形顶板,确保巷道岩体稳定。

冲击地压矿井充填工作面超前采动应力对充填体充实率的反馈机制

高应力是深部矿井冲击地压灾变频率走高的主要原因,充填开采则是控制岩层运动,缓解采动应力集中程度,降低围岩破坏和冲击风险的有效手段。为研究采空区充填体对超前采动应力的控制能力,以山东古城煤矿1123充填工作面为工程背景,采用理论分析、室内试验、现场实测手段探究充填开采工作面采动应力分布规律,揭示超前采动应力对充填体充实率的反馈机制,指导冲击地压矿井充实率确定。结果表明:工作面开采初期充填体充实率低于80%,坚硬顶板下沉量大,超前采动影响范围大于30 m,应力集中系数达到1.5,断层影响区采动应力影响范围和集中系数分别增至60 m和1.65,片帮冒顶等围岩失稳现象增多;实测了采空区充填体承载应力全程动态演化特征,承载应力分布曲线划分为“快速降低—短暂稳定—快速升高—缓慢降低—二次稳定”5个阶段,低充实率条件下采空区上、中、下3个区域承载应力稳定值分别为1.9、5.2、2.8 MPa;将采空区充填体划分为非充分压实区和充分压实区,构建了充填体支撑作用下坚硬顶板连续沉降模型,得到了坚硬顶板“ʅ”型沉降曲线,非充分压实区范围随充实率近似呈线性减小;试验得到充填体弹性模量和单轴抗压强度随凝固时间的演化曲线,结合顶板沉降曲线和推进速度得到工作面前后采动应力全区域分布曲线;建立了超前采动应力集中程度与充填体承载能力的负指数函数关系,揭示了超前采动应力对充填体充实率的负向反馈机制,实现充填开采降载防冲效果的定量评价;提出了充填体充实率“三位一体”协同提升措施,将1123工作面充实率升高至90%,增强了充填体承载能力,超前采动应力集中系数降至1.3,厚顶煤膨胀变形量减少至50 mm,坚硬顶板破断致冲风险显著降低。

微震定位精度影响下采场裂隙表征与冲击地压预警

我国深部煤矿高强度开采和复杂地质环境造成冲击地压灾害频发,对矿井安全高效生产造成严重威胁。目前,我国冲击地压矿井配备的微震监测系统在震源定位精度上仍存在不足,冲击地压灾害依然存在“灾源找不准、灾害控不住”的难题。为准确描述采场微震活动空间演化特征,降低震源定位误差对微震预警造成的不利影响,基于冲击地压矿井现有微震监测条件,采用仿真正演试验法探究了煤矿微震台网定位误差矢量分布特征,提出了一种考虑微震定位精度影响的微震裂隙贯通表征方法,并在某矿井回采工作面进行了冲击地压预警实践。研究结果表明:采场不同区域震源定位精度的矢量性差异是造成冲击地压微震预警偏差的重要原因;提出的微震破裂贯通可能性指数F_(sum)采用与震源能级相关的近场区域半径表征震源破裂尺度,并考虑定位误差对不同距离震源间破裂贯通的影响,最大程度还原了采场煤岩体裂隙扩展贯通可能性的分布规律,与冲击地压危险具有F_(sum)良好对应关系;在冲击地压危险相关性上显著优于微震频次,同时危险区域识别效率又强于微震能量,可兼顾预警精准率和召回率,是理想的冲击地压周期性预警评价指标。研究成果将为评价微震台网监测能力、提高冲击地压微震预警能力与防治效率提供参考。

防冲击地压薄壁吸能构件的压溃吸能机理分析

当煤矿井下发生冲击地压时,矿用液压支架的冲击性失效,常常会引起巷道支护系统的破坏,进而引发巷道坍塌,造成矿难。当前通过添加吸能构件来提高支架的防冲击性能是防治巷道冲击地压的有效途径之一。而不同类型吸能构件的压溃变形模式不同,表现出的吸能特性和力学特性也不同。本文采用数值方法对不同类型、支座和壁厚的吸能构件进行了冲击压溃模拟,通过对各相关防冲吸能参数的对比分析可知:预折纹吸能构件支撑反力最大、具有良好的吸能能力,但变形过程稳定性较差;外翻式吸能构件的塑性变形能力强,有效让位行程最大,但支撑力较小,不适合单独使用;扩径式吸能构件变形过程稳定性最好,其塑性变形后的径向位移较小,节省工作空间,但支撑能力较差,适用于小型液压支架或用作其他特殊用途。