巷道近场围岩能量释放规律及诱冲机制

针对冲击地压发生伴随大量能量释放这一特征,通过理论分析和数值模拟建立了巷道近场围岩能量释放模型,分析了巷道近场围岩能量释放规律,揭示了巷道近场围岩动能释放致冲机制,并进行了工程案例验证。结果表明:冲击体破坏释放的动能大小随应力集中系数、冲击体宽度增加呈非线性增大趋势,但随塑性区宽度增加呈非线性减小趋势;当支承压力影响范围一定时,弹性区煤体驱动冲击体动力破坏的能量随塑性区煤体宽度增加呈非线性减小趋势;顶底板驱动冲击体动力破坏的能量随冲击体宽度、顶底板厚度增加而增大,但随塑性区煤体宽度增大而减小;随着顶底板弹性模量增大,其驱动冲击体动力破坏的能量减小并趋于稳定,但此时弹性区煤体的驱动能量呈线性增大趋势;近场围岩能量释放过程中,巷帮煤体各区域的能量调整不协调,造成煤体内部高能量梯度的产生,使煤体更易向巷道临空面释放冲击能量。近场围岩的冲击体宽度增加,不仅冲击体自身释放能量增加,而且弹性区煤体和顶底板的驱动能量均增加,极易使冲击体储存的弹性应变能与弹性区煤体及顶底板的驱动能量之和与冲击体破坏消耗的能量之比大于1,达到冲击地压灾害发生的临界值。

逆冲断层和巨厚砾岩耦合作用诱冲机制研究

为研究巨厚砾岩与大型逆冲断层控制下耿村煤矿13230工作面冲击地压发生机理,对其掘进与回采期间地质特征、微震时空演化、b值及能量特征和地表沉降变化特征展开现场实测分析。研究结果表明:F16断层逆冲滑移运动产生的高水平应力和巨厚砾岩大面积悬顶产生的高垂直应力为冲击地压孕灾提供了力源条件;13230工作面掘进末期、开切眼及回采初期距离F16断层较远,断层滑移运动影响较小而巨厚砾岩运动作用影响较大,煤岩体能量增长式积聚最终诱发剧烈的冲击地压事故;随着13230工作面逐渐向断层靠近,断层滑移运动影响增强,地表抬升现象明显,煤岩体能量均匀性积聚最终诱发集中式较轻微的冲击显现。研究结果为巨厚砾岩和逆冲断层影响下13230工作面冲击地压发生机理的研究提供理论基础。

急倾斜巨厚煤层组开采煤岩体联动诱冲机制与防冲调控

针对急倾斜巨厚煤层组开采时岩柱及顶板悬空致使动力灾害严重的现状,综合运用理论分析、现场监测等研究方法,构建岩柱、顶板力学模型,并推导表征岩柱、顶板弯矩和能量演化规律的表达式,研究随采深增加岩柱、顶板弯曲变形及能量演化的规律,评估不同煤层开采的冲击危险性,分析诱冲机制并提出防冲策略及方案。研究结果表明:(1)急倾斜巨厚煤层组开采时,随采深增加岩柱、顶板弯曲变形和能量蓄积均呈非线性加速变化,且回采阶段内弯曲变形严重、能量蓄积更高。采深300 m后能量急剧增加,确定该采深为冲击灾害发生临界值。(2)B1+2煤层回采时,岩柱撬转、能量积聚均较B3+6煤层回采时小,评估得出回采B1+2煤层的冲击危险性较回采B3+6煤层时小。相比岩柱,B3+6煤层顶板的弯曲变形更严重,能量蓄积更高。(3)确定冲击易发区域为各应力峰值叠加位置。冲击力源有静载和动载,静载是冲击发生的基础条件,为蓄能作用;动载为诱冲作用,动静载联动作用诱发冲击。(4)防冲的关键是弱化静载,B3+6煤层回采时需加强防治,重点防治对象为岩柱及顶板,重点防治区域为各应力峰值叠加位置。现场实施岩柱、顶板爆破及煤体注水后,有效弱化了静载水平,防冲调控效果良好。上述研究结果对乌东煤矿急倾斜巨厚煤层组开采时冲击地压灾害的防治提供了科学依据。

综采工作面断层区域冲击机制及控制对策研究

针对深井综采工作面断层区域冲击灾害频发的现状，研究了断层区域力学作用机制，提出动静载叠加诱发冲击的原理。数值分析了综采工作面断层区域动静载叠加对巷道的冲击破坏效应，结果表明：工作面断层区域的高静载与矿震产生的高动载叠加，促使煤岩体所受应力超过其强度极限而发生失稳破坏；断层区域顶板断裂幅频中的主频成分主要分布在0?40Hz。分析制订了冲击危险的控制对策。