冲击矿压巷道围岩控制的强弱强力学模型及其应用分析

根据巷道冲击震动破坏的原因和机理,建立了冲击矿压巷道围岩稳定性控制的强弱强(3S)结构力学模型,分析了该力学模型防冲抗震机理,在结构自身强度、应力转移和吸收、变形及能量耗散等方面分别表现出不同的3S特征,并推导得到了巷道支护体内强小结构发生冲击震动破坏的应力判据和能量准则。最后,对该模型在工程中的应用做了理论分析,提出要通过减小外界震源载荷、合理设置弱结构、提高支护强度等措施来防范巷道冲击矿压动力灾害。

冲击矿压巷道围岩控制的强弱强结构力学模型及其应用分析

冲击矿压（岩爆）对矿山安全开采造成了极大的危害，通常会瞬间造成巷道的垮塌、冒落甚至闭合堵塞。论文根据巷道冲击震动破坏的原因和机理，建立了冲击矿压巷道围岩稳定性控制的强弱强（3S）结构力学模型，分析了该力学模型防冲抗震机理，在结构自身强度、应力转移和吸收、变形及能量耗散等方面分别表现出不同的强、弱、强特征，并推导得到了巷道支护体内强小结构发生冲击震动破坏的应力判据和能量准则。最后，对该模型在工程中的应用做了理论分析，提出要通过减小外界震源载荷、合理设置弱结构、提高支护强度等措施来防范巷道冲击矿压动力灾害。

煤层瓦斯抽采钻孔强弱强新型密封技术研究

在煤炭开采过程中,为了预防瓦斯灾害、保证煤矿安全的生产,在高效瓦斯抽采过程中,提高钻孔封孔的有效性,提出采用强弱强新型密封技术改善矿井瓦斯抽采效果。文章解释了强弱强新型密封技术的密封原理并对其机理进行研究,并在潞安某矿2102工作面进行现场验证。实践结果表明:使用了强弱强新型密封技术现场实验效果显著,与原有全囊袋式密封工艺对比,瓦斯浓度衰减速度明显降低且抽采浓度提高了20%以上,最终为实现潞安矿区采掘工作面精准抽采提供参考。

强弱强结构技术在高瓦斯突出煤层石门揭煤中的应用

突出矿井突出煤层的石门揭煤是非常重要的环节。在水力化措施成为治理瓦斯的一个常规有效技术的情况下,提出采用强弱强结构技术进行矿井石门揭煤。白龙山煤矿一井C 7+8煤层为突出煤层,为保障石门揭煤安全、缩短揭煤周期,对强弱强结构技术开展试验研究。结果表明:水力割缝技术可以在石门外围形成足够的弱结构区域,可以较好地增加预抽阶段煤体的透气性,提高抽采效率。揭煤期间工作面钻屑瓦斯解吸指标K 1值最大为0.30 mL/(g·min 1/2),钻屑量最大值2.2 kg/m,炮后瓦斯浓度0.04%~0.22%;采取水力割缝措施后,试验区域煤层瓦斯含量由原来的11.34 m^(3)/t下降到3.5306~4.9130 m^(3)/t;瓦斯压力由0.82 MPa降低至0.38 MPa;注浆加固可以在巷道外围形成强结构圈,较好地保护了揭煤期间的安全。强弱强结构技术可以为安全快速揭煤提供技术保障,对矿井安全生产具有重要指导作用。

“强弱强”结构石门揭煤消突机理研究

理论分析了石门揭煤的突出机理,指出揭煤过程中能量突然释放造成的冲击是导致突出的主要根源.模拟了揭煤前的应力位移分布和揭煤过程中的演化规律.结果表明:弱圈层主要起到隔离和消波吸能的作用,阻碍揭煤过程中深部煤岩体应力影响.强圈层主要起到加固保护作用,抵抗残余地应力和瓦斯压力的影响,强弱圈层配合使用时防突效果将更好.强圈层的加固效果和强弱圈层的厚度对"强弱强"保护结构的防突效果影响显著,加固效果越好,防突效果越好,当弱圈层厚度为4 m,强圈层厚度为2 m时防突效果最好.

本煤层近水平瓦斯抽采钻孔“强弱强”带压封孔技术研究

为改进单一高瓦斯低透气性煤层近水平瓦斯抽采钻孔密封技术，开发了“强弱强”带压封孔技术，并在常村矿N1-3工作面进行了实际应用。实践结果表明：“强弱强”带压封孔技术效果显著，比同等条件下的普通封孔方法密封效果成倍提高，钻孔瓦斯抽采体积分数由之前的26％-33％增加到现在的61％-64％，单孔470m^3瓦斯累积抽采时间由之前的10d缩短为现在的3d。该技术实施后，常村矿N1-3机巷瓦斯抽采钻孔体积分数和累积抽放量显著提高，为高瓦斯钻孔密封提供了一种新的方法，具有显著的经济和社会效益。

巷道内强主动支护与弱结构卸压防冲协调机制

为探索深部冲击地压巷道稳定性控制技术,解决冲击地压巷道支护与卸压之间的矛盾,以义马矿区常村煤矿21170运输巷为研究对象,依据冲击地压巷道的强弱强结构模型,采用理论分析、数值模拟、现场试验相结合,分析了强弱强结构消波吸能特性以及内强小结构破坏能量准则和弱结构吸能效应。根据钻孔破碎区力学特征理论推导了多次反复致裂中间弱结构卸压区影响因素,多次反复致裂半径与钻孔半径、初始应力、内摩擦角、弹性模量、降模量、峰值强度和致裂半径修正系数有关。通过数值模拟分析了内强小结构内置钢管支撑护壁技术对巷道围岩的强度和支护体结构完整性控制效果以及周围煤岩体的应力、位移的破坏规律。研究了内强小结构主动支护强化技术,中间卸压防冲弱结构的内置套管反复掏裂致裂方法,并通过微震能量监测验证了弱结构防冲吸能效应。研究结果表明:内置钢管支撑护壁技术在保护内强小结构不受破坏的作用下可以多次进行弱结构致裂,既防内强小结构松动圈裂隙扩展,又防止巷道支护层的整体失稳。工程实践表明:锚杆索主动支护+液压抬棚减跨强力支护+卸压防冲弱结构组成的“内支-外卸”组合技术,微震监测显示震动能量减少了50%,巷道两帮位移和顶板下沉显著较小,有效维护了巷道围岩稳定性,保证了工作面顺利安全回采。

基于“强-弱-强”理论的深井巷道支护机理研究

研究了"强-弱-强"理论在深井巷道支护中的作用机理,其核心的"强-弱-强"力学模型实现了用一种支护结构对深井巷道防治冲击矿压与软岩支护2个问题进行统一解决的目标。对于深井软岩巷道支护,"强-弱-强"结构主要起到应力转移的作用,实现巷道围岩浅表应力向深部转移的目的;对于防治冲击矿压,"强-弱-强"结构主要起到消波吸能的作用,可有效降低冲击应力波的强度。

强冲击区域高应力与强卸压大蠕变巷道主动支护技术研究

常村煤矿属于单一采区集中生产,采掘活动过于集中,相互干扰大,尤其是常村煤矿21170工作面为强冲击区域受动压影响频繁,巷道存在前扩后修、反复扩修的现象。针对21170工作面上下巷特殊地质条件,以“强弱强”支护理论为基础,深入研究“四高”锚杆索强化支护、深井大跨度强力走向抬棚减跨、巷道顶板梯次支护及冲击地压巷道弱结构等相关技术,针对性地提出在动压影响频繁的工作面上下巷采用强力锚网(索)配合液压抬棚联合支护技术,取消了型钢支护,降低了巷道支护成本。工作面回采期间通过对试验巷道围岩变形进行观测,巷道变形在可控范围内。

煤矿冲击矿压机理、监测预警及防控技术研究

随开采深度不断增加,煤矿冲击矿压灾害形势严峻,冲击矿压机理、监测预警技术及防控技术的研究对于煤矿安全生产至关重要。论文系统总结了团队多年来研究成果及进展,提出了动静载叠加诱冲机理,基于动静载力源和能量主体划分了冲击矿压类型。提出了冲击危险"应力-震动-能量"三场耦合监测原理,建立了冲击危险应力场-震动场-能量场三场多参量综合监测预警技术体系,并构建了多参量带权重的时空预警模型,基于大数据和云平台技术,开发了冲击矿压风险智能判识与多参量监测预警云平台,实现冲击危险监测数据与防治措施信息的融合,提高了冲击危险监测预警效能,提出了冲击危险强度弱化减冲原理和巷道围岩强弱强结构原理,并给出了基于动静载的冲击矿压分类监测预警和防治方案。研究成果有力推动了冲击矿压研究进展,可为深部冲击矿压防治提供重要指导。

特厚煤层巷道掘巷支护防冲研究

针对华亭砚北煤矿2502采区250203上工作面掘进期间大能量事件频繁发生,提出以围岩的强弱强结构控制机理为基础,从能量的角度分析了防治巷道型冲击的方法。本文通过FlAC3D有限元软件对250203上材料巷建模,研究了锚杆、锚索各参数不同时对巷道围岩变形控制的影响,确定了较好的支护参数。提出一种加强支护保护区小结构强度的锚杆支护方案,为该矿厚煤层掘巷期间防止巷道型冲击提供了一些思路。

高应力巷道底板卸压槽防治底鼓的机理研究及实践

随着煤矿开采深度的增加,高地应力巷道的底鼓问题越来越突出,针对这种现状,根据"强弱强结构"原理深入分析了底板中部卸压槽支护技术机理,在巷道围岩高强度支护的基础上,采用了底板中部卸压槽支护技术解决高地应力巷道底鼓问题。由于底板中部卸压槽施工工序复杂,施工困难,在巷道卸压支护中很少应用,为了解决施工问题,底板中部卸压槽采用了"二次爆破"技术,并优化技术施工方案,平行作业,保障了施工进度,成功解决了底板中部卸压槽的施工难题。现场工业试验表明,高应力巷道周围岩体的变形得到了有效地控制,采用卸压槽支护技术有效地解决了高应力巷道底臌问题,维护了巷道的稳定性,保证了矿井的安全生产。

冲击矿压巷道围岩稳定性控制研究现状及进展

冲击矿压（岩爆）对矿山安全开采造成了极大的危害，通常会瞬间造成巷道的垮塌、冒落甚至闭合堵塞。同时，冲击矿压发生的频次和烈度随开采深度增加而显著增大。我国煤炭资源开采逐渐转向深部，因此冲击矿压（岩爆）巷道围岩稳定性控制已成为我国矿产资源开采过程中一个急需解决的最关键最棘手的难题。论文综述了国内外在冲击矿压巷道围岩稳定性控制技术和理论方面的研究现状，指出了目前在巷道支护防治技术、巷道冲击破坏机理研究等方面所存在的问题，并介绍。了作者在这方面的最新研究成果，同时探讨了今后应该进一步深入研究的内容。

厚硬顶板覆岩冲击矿震影响的远近场效应研究

要针对厚硬顶板覆岩破断释放冲击能量影响采场安全性等问题,基于材料力学及冲击动力学,建立了冲击震源层破断力学模型,研究了覆岩冲击震源层初次破断和周期破断产生的冲击能量大小以及冲击震动波在传播过程中的能量耗散机理,分析了厚硬顶板覆岩冲击震源层位能级对下伏采掘空间冲击矿震影响的远近场效应。研究发现:冲击震源层破裂释放能量与采高、冲击震源层破裂尺度、冲击震源层初次破断步距以及周期破断步距呈正比,与冲击震源层的层位高度成反比。冲击震动波能量随传播距离增大呈幂指数降低,且不同岩性对冲击能量的耗散能力不同。动载冲击波的作用时间分为冲击压缩区、动荡反射区及能量衰减区,下伏采掘空间围岩质点震动速度随冲击震源层位距离增大呈指数型衰减,随冲击震动能量的增大呈指数型增大,采掘空间上方厚硬顶板,均存在一临界冲击能量和临界冲击距离,近场的小能量不一定发生弱冲击,远场的大能量也不一定发生强冲击,冲击灾害程度主要取决于能量与距离的比值。采用能距比8来近似描述这种影响效应,通过典型冲击事件统计分析发现:当能距比$E(0~10^(2))无冲击,SE(10^(2)~10^(3))弱冲击,E(10^(3)~10^(4))中等冲击,E(10^(4)及以上)强冲击。厚硬顶板覆岩层位对矿井冲击矿震影响具有显著的远近场效应,分别会带来采面、采区、矿井、矿区不同区域不同程度的冲击地压显现甚至矿震等灾害,厚硬顶板覆岩层位的存在也为冲击矿震防治提供了靶点部位,可采取地面一井下高低位立体协同对向压裂破岩释能从源头防冲。

综放工作面覆岩裂隙瓦斯抽采技术研究与工程应用

要为解决石泉煤矿回采工作面在通过本煤层顺层预抽后瓦斯涌出量大的问题,采用覆岩裂隙瓦斯抽采技术,关键点在于高效抽采层位的确定。以石泉煤矿30108工作面为研究对象,数值模拟其上覆岩层裂隙带瓦斯赋存特征及运移规律进行分析,掌握工作面覆岩裂隙发育层位及瓦斯高效抽采层位技术参数,将参数应用到30108工作面施工中进行验证,结果表明:钻孔层位位于工作面顶板上方约45m抽采效果最佳,为采高的7.5倍,单孔瓦斯抽采量稳定在0.64m^(3)/min。该技术能有效解决石泉煤矿回采工作面瓦斯涌出量大的问题并适用于石泉煤矿的实际生产需求。

突出矿井盘区巷道群合理布置方式与支护技术研究

通过现场生产地质调查、理论分析、数值模拟等多种手段,研究井下巷道围岩变形规律,确定盘区巷道群之间合理层位关系及煤柱尺寸。在此基础上确定合理的支护形式和参数,在保证巷道安全的条件下,尽可能地降低支护成本,提高煤矿的经济效益。

高孔隙率金属材料在巷道支护中的应用及数值模拟

根据巷道冲击震动破坏的机理以及岩石巷道破坏的力学机理,将具有吸能、减震与抗阻尼作用良好的高孔隙率金属材料应用到巷道支护中,建立了"宏观"的巷道支护的"强弱强"力学机构模型的同时提出了针对弱结构—金属钢结构的"强弱强"结构模型。运用数值模拟软件ANSYS对所建立的力学模型模拟在冲击矿压作用下的巷道力学性能与结构变形,得出高孔隙率金属的支护对矿井巷道受力有明显的缓冲效果,其受力巷道断面受力降低近10倍,同时巷道整体变形明显降低。

浅埋软岩巷道底鼓机理及防治措施

针对鑫鼎泰煤业2#煤层轨道大巷底鼓严重的问题,基于巷道围岩变形破坏机理,通过对巷道底鼓影响因素的理论分析,确认巷道底鼓属于挤压流动性底鼓,并得出构造应力、围岩性质和支护方案不合理是导致巷道底鼓的主要因素,提出采用锚索网-双U29型钢环形支架联合支护方案。锚杆和锚索分别控制浅部、深部围岩形成承载梁,双U29型钢环形支架具有整体均匀承载、可缩的优点,整体形成"强弱强"结构。能有效的控制围岩变形,底鼓量减少约75%,满足矿井正常生产需要。