深井高应力浸水孤立煤体蠕变失稳型冲击地压机理研究

以赵楼煤矿七采区南部水仓联络巷冲击显现为背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法,研究了高应力浸水孤立煤体蠕变失稳型冲击地压机理。浸水孤立煤体承载应力主要呈现从“双峰”形到“马鞍”形再到“平台”形最后到“单峰”形的蠕变演化规律;基于burgers模型,引入了含水损伤变量,建立了孤立煤体弹性区集中应力估算力学模型,揭示了高应力浸水孤立煤体蠕变失稳型冲击机理:孤立煤体在水仓积水的不断弱化作用下,强度逐渐降低直至残余强度,其承载能力也随之下降,导致应力集中由塑性区向弹性区转移,当弹性区承载集中应力超过其失稳阈值时,容易诱发冲击地压;提出了高应力浸水孤立煤体蠕变失稳型冲击的防治对策:降低孤立煤体平均承载应力,增加孤立煤体综合抗压强度,必要时针对孤立煤体附近的巷道进行充填处理。

断层切割孤立煤体应力动态特征及协同卸压技术

为了研究由断层切割形成的孤立煤体应力特征,防止孤立煤体应力集中区域在工作面回采期间发生冲击危险;以新巨龙煤矿6305工作面为例,建立了孤立煤体受力估算模型,得到冲击危险性指数Ic;提出了针对孤立煤体区域两侧巷道实施的“大直径钻孔卸压+爆破切顶卸压”协同卸压技术,并通过FLAC^(3D)模拟协同卸压前后孤立煤体应力动态特征。结果表明:冲击危险性指数I_(c)=2.6>1.5,即孤立煤体平均支承压力超过临界冲击阈值易发生冲击;卸压前过F_(311)断层后XF_(2)断层处回采帮采动应力突增7.85 MPa,冲击危险程度升高;卸压后孤立煤体突出部位回采帮应力平均降低25.3%,非回采帮应力平均降低12.5%,卸压区域无大能量微震事件发生,钻屑量正常,卸压效果良好。

高应力厚煤层大巷孤立煤体蠕变失稳冲击机理及防治研究

针对高应力大巷煤柱区孤立煤体在无明显采掘扰动情况下频繁发生冲击显现的现状,以山东赵楼煤矿七采区高应力厚煤层大巷煤柱为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场调研等方法,研究了不稳定蠕变作用下高应力厚煤层大巷围岩和孤立煤体的应力演化规律,揭示了高应力大巷孤立煤体蠕变失稳冲击机理:在高应力作用下煤层巷道围岩发生不稳定蠕变,不稳定蠕变弱化了巷道支护体系,增大了孤立煤体的应力集中程度,当大巷孤立煤体弹性承载区集中应力超过其极限承载能力时,高应力孤立煤体发生冲击失稳。建立了高应力厚煤层大巷孤立煤体蠕变失稳及冲击力学模型,推导出了大巷孤立煤体蠕变失稳冲击的力学判据,据此提出了高应力厚煤层大巷孤立煤体冲击地压防治对策,通过现场实践验证了理论分析的合理性。

多因素耦合诱发孤立煤体冲击地压机理研究

为研究孤立煤体在采空区侧向支承应力、超前支承应力、断层切割形成的地堑结构等因素的耦合作用下诱发冲击地压事故的发生机理,采用现场实测、数值模拟等手段,分析了孤立煤体从形成到发生冲击地压事故期间的应力、塑性区演化过程。研究发现:2305S工作面受相邻采空区侧向支承应力作用,影响范围约210 m,应力峰值55.81 MPa;2305S工作面推采至105 m时超前工作面45 m处应力峰值约为52.23 MPa;工作面推采至250 m时,在工作面前方41 m处应力值达70.96 MPa,应力集中系数达2.90;工作面推采至250 m时“见方”效应显现强烈,使孤立煤体区域应力集中程度加剧;同时2304S工作面采空区也使得楔形地堑区岩层沿高倾角断层面滑移,挤压孤立煤体区域,造成工作面断层三角区煤体应力进一步集中,从而诱发冲击地压。

深井厚煤层大巷孤立煤体冲击危险性评价研究

为了探究大采深条件下厚煤层大巷孤立煤体频繁发生冲击地压的原因,以梁宝寺煤矿35000采区为工程背景,采取现场实践、数值模拟等方法分析不同采深、煤厚、大巷间距等因素对大巷孤立煤体冲击地压的影响,提出深井厚煤层大巷孤立煤体冲击地压的危险性评价方法。研究结果表明:大巷孤立煤体的采深与垂直应力峰值呈正相关,采深1200 m时煤体的垂直应力峰值是采深500 m时的3倍左右;大巷孤立煤体随着煤层厚度的增加,其应力集中程度不断升高,且应力峰值向煤体弹性承载区转移;大巷间距越小,孤立煤体弹性承载区应力越集中,发生冲击地压可能性越高;包含开采影响因素和煤层冲击倾向性的大巷孤立煤体冲击危险性评价方法符合现场实际情况,可为大巷孤立煤体冲击危险性评价提供1种思路。

超深井厚煤层下山孤立煤体冲击机理研究

为研究巷道切割形成孤立煤体冲击失稳机理,以古城煤矿32采区下山区域冲击地压事故为工程背景,通过现场调研、理论分析和数值模拟等方法,研究了巷道卸压后孤立煤体的应力演化规律,建立了巷道卸压后孤立煤体承载能力估算模型和支承压力分布简化模型,揭示了超深井下山孤立煤体整体失稳冲击机理:巷道卸压后孤立煤体弹性承载区应力集中,当该集中应力与采掘活动等其他应力叠加后的孤立煤体平均支承压力超过发生冲击临界值时,易诱发冲击。在此基础上提出了孤立煤体整体失稳冲击力学判据,事故案例及数值模拟计算验证了理论计算的正确性。在此基础上提出了降低孤立煤体平均支承压力和增强巷道围岩综合抗压强度的具体防治措施。

千米深井大巷孤立煤体整体失稳冲击机理及防治研究

为研究深井大巷切割形成孤立煤体整体失稳诱发冲击地压机理,以梁宝寺矿35000采区为工程背景,采用现场调研、理论分析和数值模拟等方法,研究了不同大巷间距的煤体支承压力分布状态,建立了大巷围岩卸压后整体失稳冲击力学模型,揭示了深井大巷孤立煤体整体失稳冲击机理:大巷孤立煤体在大采深自重应力、地质构造应力和条带开采形成的集中应力等因素叠加作用下,形成'高应力孤立煤体',孤立煤体采取卸压措施后导致其承载范围减小,应力集中程度进一步加大,当孤立煤体平均应力超过煤体综合抗压强度时,易诱发整体失稳冲击。据此提出合理留设巷道间距、合理布置巷道层位和加强监测预警等防治措施。研究结果为深井孤立煤体整体失稳冲击提供理论基础,为深部冲击地压矿井的开采设计和孤立煤体冲击防治提供了技术途径。

倾斜综放工作面双层叠加煤柱诱冲机理及安全开采技术

以新疆硫磺沟煤矿上保护层遗留煤柱下综采工作面过联络巷为工程背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟和微震监测等方法对倾斜综放工作面双层叠加煤柱诱冲机理及安全开采技术进行研究,结果表明:孤立煤体在自重应力、4-5煤层遗留煤柱集中应力和工作面超前支承应力综合作用下应力高度集中,当叠加总应力超过孤立煤体极限承载能力时,容易诱发冲击地压灾害;建立了双层叠加煤柱工作面煤体整体失稳诱冲力学估算模型,通过数值模拟计算研究了煤柱应力集中机制和双层叠加煤柱工作面回采应力演化规律;针对双层叠加煤柱诱冲机理制定了工作面过双层煤叠加影响区的安全回采技术方案,微震监测结果验证了技术方案的安全性和有效性。