Gas and rock-bump hazard monitoring in the Polish mining

Described the main environmental hazards occurring in Polish undergroundmines and their continuous growth in recent years as well as equipment and systemswhich were used for monitoring mine air parameters and geodynamic phenomena.Thelatest versions of environmental hazard monitoring systems,having a form of a comprehensiveset of underground and surface equipment,are presented and their functionscharacterized.

不规则工作面开采矿震活动规律及其致冲风险控制研究

针对不规则工作面开采期间矿震频繁问题,以陕西某矿21306工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实践等方法,分析了21306工作面上覆岩层破断特征及开采期间围岩应力分布特征,研究了不规则工作面开采矿震活动规律,优化了降载释能的矿震致冲风险控制方案。结果表明:35 m的区段煤柱可一定程度上制约两工作面覆岩协同运动,21306工作面开采期间覆岩结构呈“O-X”型破断结构,与相邻采空区形成对称长臂T型结构;工作面推进过程超前区域及运输大巷侧应力影响范围不断扩大,以区段煤柱区域应力集中程度最大,回采至480m时垂直应力最大,已达到54.67 MPa,约是回采前垂直应力的1.41倍;随着工作面推进形成“刀把型”不规则结构,工作面缩面拐角区域应力集中程度明显较高,工作面缩面后降低了对运输大巷的影响;工作面开采期间震源事件主要分布于回采工作面前方,强矿震主要集中在工作面开采缩面区域、见方区域,且强矿震主要发生在工作面前方50 m及底板上方22~74 m范围内;强矿震诱发力源主要由关键层破断引起;实施了降载释能的矿震致冲风险控制优化方案,有效降低了强矿震的发生频次,保障了工作面后期的安全回采。

巷道冲击矿压的锚杆支护机理及实践

煤体破坏失稳而发生冲击矿压的巷道,采用锚固技术,能够增加锚固围岩的力学性质,改善锚固围岩的应力状态,防止基本顶的离层,充分调动和增加围岩的自承性能,减少顶板的下沉量和下沉速度,降低顶板突然下沉的可能性,增加夹持煤体释放能量的难度。

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。

采场上覆巨厚坚硬岩浆岩致灾机理与防控措施

为控制巨厚坚硬覆岩导致的采场矿压灾害,采用物理模拟、理论分析与数值模拟方法,研究采场上方厚约100 m岩浆岩的变形破坏特征及对采场围岩应力分布的影响,并分析其引发采场矿压事故的力学机理与显现形式。研究表明:巨厚岩浆岩与煤层间距较小时,可采用两端固支梁模型计算岩浆岩的破断垮距,间距较大时,采用薄板理论计算岩浆岩的极限挠度,并根据自由下沉空间确定其是否破断与破断步距;岩浆岩处于弯曲下沉带时,给工作面带来冲击矿压隐患,处于断裂带时,给工作面带来冲击矿压和大面积来压双重隐患。实践证明,巨厚坚硬岩浆岩下开采,可采取加强支护质量监测与提高工作面推进速度的方法,辅以坚硬顶板强度弱化手段消除冲击矿压和顶板强来压显现事故。

复合型厚煤层“震-冲”型动力灾害机理、预测与控制

针对软硬分层相间的复合型厚煤层综放工作面发生的动力灾害事故,提出了复合型厚煤层综放工作面"震-冲"型动力灾害的概念.通过理论和实践研究,初步建立了复合型厚煤层"震-冲"型动力灾害的力学模型,研究了其发生的机理,分析了矿震和冲击地压发生的力学条件和相互关系.研究成果在兖州矿业集团公司南屯煤矿得到应用,成功预测了动力灾害发生位置,并做好了预先卸压、监测和防护,实现了"有震无灾"的控制目标.

煤岩“震-冲”动力系统冲击失稳致灾机制研究

为有效防治"震-冲"型冲击地压,根据矿震与冲击地压的关系建立煤岩"震-冲"动力系统模型。以此作为研究的基本模型,探讨"震-冲"型冲击地压的发生机制和判据。采用数值模拟方法研究强矿震在工作面附近产生的动力效应。提出"震-冲"型冲击地压的防治对策。结果表明,"震-冲"型冲击地压的发生机制是在矿震扰动下,煤岩应力瞬间进入塑性软化阶段,煤岩体积聚能量与破坏消耗能量的差能增大,在满足冲击破坏的刚度条件时,发生强烈的冲击地压事故。分别控制矿震震动源区、矿震震能传播路径和冲击源区,能大大减弱或消除发生"震-冲"型冲击地压的危险性。

冲击矿压工作面卸压巷卸压法探讨

介绍了卸压巷的卸压原理以及冲击危险面常用的一些卸压解危方法。通过将卸压巷卸压法应用于冲击矿压工作面,并在现场采用电磁辐射技术对其卸压效果进行了检验,说明采用卸压巷能够对冲击矿压工作面起到比较好的卸压效果,为冲击矿压的防治提供了一种可行措施。

钻屑法探测巷道围岩应力及预测冲击危险新探究

文章以跃进煤矿23130工作面下巷为例,利用插值法把巷道掘进期间的钻屑数据连接起来,获得整条巷道的煤粉量数据;再根据煤粉量、围岩应力、冲击地压三者之间的关系,给出了整条巷道不同区段的冲击危险等级。实践证明,预测的结果与事实相符。

地震CT技术在采煤工作面的应用研究

基于近年来在多个采煤工作面开展的实测研究结果,论述了地震CT技术在采煤工作面进行不同目的探测时的应用原理、方法及解释原则。研究表明:基于地震波波速异常率分布可以对工作面开展冲击危险性评价,确定冲击危险区域;根据地震波波速条带异常分布规律,并结合相关地质资料,可开展工作面内断层展布情况精探;利用工作面前方波速分区特征,可进行工作面超前支承压力分布划定。

块系覆岩中摆型波传播对巷道支护动力响应影响

为研究支护体自身的动力响应规律,通过理论和计算分析岩体中的非线性摆型波传播对巷道支护动力响应的影响,根据摆型波在非连续自应力块系上覆岩体中传播时的支护动力响应模型,研究上覆岩块间的黏弹性性质及岩块破坏对支护动力响应的影响。通过计算分析得出,上覆岩块间弹性下降时,支护的动态受拉和受压幅值随之下降且周期变大;上覆岩块间阻尼增大时,支护的受拉和受压周期不变,但周期内的微扰动逐渐消失且幅值略有下降;上覆岩块沿垂直冲击方向破裂成两个子块时,支护的受拉和受压次数增加。

冲击地压应力流理论及其数值实现

冲击地压作为应力敏感型动力灾害,具象化地描述应力在煤岩介质中的空间流动特征,对于冲击地压科学评价与防控具有重要意义。为此,完善了冲击地压应力流理论,指出应力流在时间上表征了应力率,在空间上表征了应力梯度,提出了应力流张量与应力流矢量的概念及计算公式,指出应力流张量描述了不同位置、不同时刻应力的流动趋势,而应力流矢量总是与应力梯度增量方向相同。理论推导表明应力流越大的区域,应力强度因子变化越大,材料可能更易发生断裂破坏。在非线性有限元程序中开发了应力流矢量计算程序,实现了应力流的可视化,通过数值分析还原了单轴压缩试验、单煤层常规开采条件下的动态应力状态,计算结果表明:岩石单轴压缩过程中,应力流矢量呈近水平分布,向外发散;常规开采过程中,垂直方向应力流较大,由顶底板岩层指向中间煤层,水平方向应力流主要指向工作面前方,当开挖距离增大,采空区附近应力梯度明显增大,应力流矢量分布区随工作面前移。通过单轴压缩试验,发现应力流矢量方向与试样破坏变形方向较为吻合,初步验证了应力流与岩体开裂破坏的内在相关性。最后探讨了工程现场的应力流监测方法。研究成果有望为煤矿冲击危险性定量评价与差异化防治措施制定提供直观的认知形式和实用的理论工具。

济三矿六采区冲击类型及其防治

六采区6303工作面回采3下煤层,基本顶为坚硬稳定的中砂岩,平均厚度23m左右。其冲击特点是,冲击发生后顶板与煤层离层、顶板完整没有破碎,冲击与顶板周期运动一致,冲击矿震后部分十字铰接顶梁支柱震歪、震断,十字铰接顶梁被震断。试验表明,单纯煤样和煤岩样组合均为弱冲击倾向性,煤岩组合的动态破坏猛烈。故可确定该区域的冲击矿压为顶板型(冲击型)和顶板煤层型。对于该类冲击矿压,可采用钻孔卸压、煤体爆破卸压和顶板爆破等三种措施解危。

屈服度与冲击性指标BIM关系的试验研究

根据岩样应力-应变曲线特征,提出屈服度概念,并通过对砂岩、石灰岩及泥岩三组试样的单轴压缩试验曲线分析,得出各试验曲线的屈服度和BIM。通过对各组试样参数的拟合分析,认为屈服度与BIM具有较好的指数函数关系,并参考基于BIM的冲击倾向性评价标准,建立了以屈服度为指标的冲击倾向性评价标准。总之,屈服度可作为一个判别冲击倾向性的指标参数,且易于通过峰前曲线获得。但屈服度与BIM的关系及其在冲击倾向性判断中的应用还需要进一步的研究。

基于FLAC^(3D)的煤岩组合模型冲击倾向性研究

运用FLAC3D对煤岩组合模型冲击倾向性进行三维数值试验研究,通过改变煤岩组合模型高度比例(1∶1、1∶2、2∶1)、夹角(0°、30°、45°)和岩性分别进行模拟,分析煤岩组合模型不同的组合模式对冲击倾向性的影响。三维数值试验结果表明:煤岩高度比例和夹角的变化,对煤岩组合模型的抗压强度影响不大,冲击能量指数和弹性能量指数随着顶板岩体厚度的增加而增加,随着夹角的增大而降低。岩性对抗压强度影响很显著,随着岩性硬度的增加,煤岩组合模型的冲击能量指数和弹性能量指数都随之增加。

负泊松比锚杆/索力学特性及其工程应用

深部工程中岩体的复杂非线性力学行为认知与地质灾害的控制和预测,是矿山岩体力学界面临的主要挑战。具有负泊松比结构的负泊松比(negative Poisson’s ratio,NPR)锚杆具有拉不断、高恒阻力、理想弹塑性本构关系等超常特性,其恒阻力由NPR结构决定,与外载荷和岩体性质无关。NPR锚杆与岩体相互作用时,会改变岩体的力学行为,可实现岩体力学行为的降维与解耦分析;不仅可以对岩体大变形与冲击地压等地质灾害进行有效控制,同时可以通过小扰动控制的方式实现对岩体工程灾害发生机理的认知与预测,为解决深部岩体中复杂非线性问题开创了新的途径。本文介绍了NPR锚杆的静力与动力本构关系、NPR锚杆与岩体相互作用机理及其在冲击地压、滑坡等地质灾害控制与预测中的应用。

圭山煤矿大倾角煤层采场支柱的稳定性探析

为了解决圭山煤矿大倾角煤层是否适用伪倾斜掩护式支架采煤方法。通过物理力学分析方法对支柱稳定性进行了分析,分析采场岩块冲击力、支柱的侧压力、剪力、弯矩及比压这些对支柱的不稳定性因素。经计算分析得出了圭山煤矿煤层不适合用伪倾斜掩护式支架采煤方法,并推荐选择以支柱支撑为主的采煤方法。通过这一系列力学分析和计算方法比较符合现场实际情况,可为类似矿山在选择开采方法时,分析支柱的稳定性很有参考价值。

冲击地压的应力增量预报方法

采用覆岩空间结构运动理论预测了兖州煤业股份有限公司南屯煤矿9303孤岛放顶煤工作面的岩层运动规律,确定了冲击危险区和危险程度,并对冲击危险区域进行了卸压预处理。在此基础上,在危险区采用"钻孔应力增量、钻屑量和钻屑过程中的动力现象为主要指标"的冲击地压应力增量预报方法,对工作面可能发生冲击地压的位置进行了准确的预测预报。由于提前做好了预先卸压、监测检验和防护,在预测区域内发生2.6级矿震时,成功避免了矿震诱发的冲击地压灾害,实现了"有震无灾"的控制目标。

冲击地压灾害结构失稳机理的组合体试验研究

煤矿冲击地压的发生机理极其复杂,是煤岩体非线性破坏、失稳矿山压力显现的总称。在分析煤岩体破坏机理和采动影响的基础上,应用能量积聚-释放诱发冲击地压的原理设计了煤岩体组合力学模型及模拟煤岩体突出的结构失稳加载试验系统试验,并配制、筛选大变形突出倾向性相似材料等方面进行了组合体结构加载失稳试验,获得了煤岩结构失稳与位移突出的特征。试验表明:组合体试件在加卸载过程中和破坏失稳时表现为稳定态能量积蓄、非稳态释放特征,是应力环境、材料强度与结构等多种因素影响的非线性动力学过程。

红外辐射探测预测煤矿冲击地压的试验研究

利用单轴加载系统和红外热成像技术,对山西水峪矿的煤岩变形过程中的红外辐射变化进行了探测试验研究。研究发现,煤岩表面红外辐射温度随着载荷的增加而出现阶段性变化,裂纹扩展区、应力集中区和破碎区的红外辐射温度变化存在阶段性差异;应力集中区和裂纹扩展区的红外辐射温度比应力松弛区域和破碎区的红外辐射温度高;红外辐射温度变化可以反映出离工作面不同距离处的应力状态,以及应力集中区的范围以及应力转移过程;如果煤岩体红外辐射温度的变化规律是升温-降温-大幅度升温-大幅度降温,则预示着冲击地压发生的危险性。