岩石定向水力致裂应用研究

为研究初始裂缝尖端起裂的条件和所需注水压力,依据断裂力学的复合型裂纹的脆性断裂理论,建立了裂缝尖端力学模型,给出了计算方法。并通过数值模拟分析了影响尖端裂缝起裂的因素,揭示了初始裂缝尖端在注入高压水后形成高拉应力集中,初始裂缝尖端在拉应力作用下起裂,注水压力越大拉应力集中程度越大。通过进行现场试验,取得了良好的效果,并验证了理论分析和数值分析的可行性。

深部开采冲击矿压矿井大断面巷道支护的探索

对跃进煤矿锚网索支护与锚网索+"O"型棚复合支护效果进行对比及矿压监测数据分析,找到了适合深部开采冲击矿压矿井的巷道支护形式,提高了巷道抗冲击强度,缓解了底板型冲击矿压对巷道的破坏,在跃进煤矿23130工作面下巷应用后取得了显著的经济效益和社会效益。

急倾斜煤层煤岩结合弱面巷道锚网支护快速掘进技术

针对煤岩层结合弱面巷道顶部三角煤易离层脱落的支护难题,运用非弹性区域应力理论,计算选择锚网支护参数,采取工程进度控制的关键线路法优化施工工艺,实践并总结出了急倾斜煤层煤岩结合弱面特殊条件下巷道快速掘进工艺技术。

我国煤矿深部开采现状及灾害防治分析

为保障深部矿井的安全生产,对全国采深超过800 m的深部煤矿开采现状及面临的灾害类型进行了调查统计,给出了目前深部矿井的数量及产能分布情况;分析了影响深部矿井灾害的地质力学因素(高地压、高地温、高水压、高瓦斯、低煤岩渗透性)和开采强度因素,并对全国主要深部矿井的灾害属性进行了分类统计。结合近5年来深部矿井发生的灾害事故,得出瓦斯灾害是深部矿井的第一大灾害,复合型灾害是深部矿井的新特征,复合型灾害事故程度比单一型灾害程度更高。最后对目前深部煤矿灾害防治技术及装备进行了评价,针对深部开采面临的主要困难和问题,提出了相应的发展建议。

浅埋深回采工作面冲击地压发生机理及防治

通过分析新疆某矿一段时间内现场矿压显现情况并结合实测微震和工作面支架压力数据,获得了冲击地压发生机理:坚硬厚层顶板是冲击地压发生的主要力源,采煤工艺影响和支架支护质量低导致顶板压力转移到工作面煤壁上,形成了煤体应力集中和弹性能量积聚,推进速度过快加剧了煤体应力和能量积聚程度,在煤体自身强冲击倾向性作用下导致冲击地压发生。据此提出冲击地压防治原则:避免坚硬厚层顶板的压力转移到煤壁上形成应力集中。具体方法为及时切断坚硬顶板,对煤体进行卸压爆破,并提高工作面支架初撑力。现场实践表明,防治效果明显。

深部巷道围岩分区破裂与冲击地压关系初探

提出了深部巷道分区破裂化的机制及其失稳准则,并用数值模拟软件再现了分区破裂化现象,发现分区破裂并非完全是连续的圆环形,而是存在孤立的破裂区域,并由此逐渐发展并合的产物。提出了分区破裂化与冲击地压发生的关系,并从分区破裂现象解释了冲击地压从孕育到发生的过程,对冲击地压的产生机理提供了新的思路。

垮落法残采区上行综采技术条件判定理论及方法

针对垮落法残采区上方遗弃煤层综采问题,分析了现有上行开采可行性判定方法的不足,从层间岩层结构的角度,提出垮落法残采区上行综采存在层间岩层控制层的思想,并给出了控制层的具体判别方法。充分考虑上下煤层开采对控制层的影响,根据上行综采底板岩层不同区域受影响程度及其变形形态的不同,划分了上部煤层直接底板变形盆地中央区与四周区,并分别给出了中央区与四周区上行综采可行性的判定公式,形成了垮落法残采区上行综采可行性判定理论及方法。用本文提出的方法判定白家庄煤矿垮落法残采区6号煤层上行综采可行,经工业试验检验,矿压显现不明显,开采情况正常。

宽沟煤矿坚硬厚层顶板下冲击地压危险时期的微震特征及解危措施

针对某矿坚硬厚层顶板条件下采煤工作面发生的冲击地压灾害,分析了灾害发生的原因并提出了防治原则。采用数值模拟和物探方法确定了工作面在3面采空条件下的冲击地压危险时期和危险区域。冲击地压危险时期的微震监测结果表明:围岩破坏高度比非危险时期显著增大,围岩震动呈现出高能量和低频次的特征,工作面推进度宜控制在3.2 m/d以内。在冲击地压危险时期采取了工作面架间切顶爆破的措施,经电磁辐射和微震监测检验,有效降低了工作面前方煤体应力,取得了较好的解危效果,保证了工作面在冲击地压危险时期的安全。

考虑非线性脆性损伤和中间主应力影响的圆形巷道围岩分析

针对岩石的脆性破坏特征及峰后力学性能的劣化损伤,引入非线性脆性损伤本构模型,得到三维连续损伤演化方程。将圆形巷道围岩划分为松动破裂区、脆性损伤区、弹性区,考虑中间主应力的作用,采用统一强度准则和连续损伤力学方法,对巷道围岩力学状态进行极限平衡分析,推导出围岩损伤破裂半径及应力场分布的解析表达式。通过算例,分析了中间主应力、围岩脆性特征和损伤程度对理论解的影响。分析表明:中间主应力作用越大,围岩的损伤破裂半径越小,切向应力峰值距离巷道越近;脆性强弱对围岩应力分布的影响只局限在脆性损伤区内,围岩的脆性越强,损伤破裂半径越大,脆性损伤区内的切向应力随深度的增大而增大;围岩的残余强度越小,松动破裂程度越大,损伤破裂半径越大,切向应力峰值向围岩深部转移。

冲击矿压危险源及其层次化辨识

冲击矿压发生存在冲击矿压危险源,给出了冲击矿压危险源概念;通过对微震监测技术、地音监测技术以及采动应力监测技术应用效果的对比分析,提出冲击矿压危险源的辨识是冲击矿压防治的前提;冲击矿压危险源辨识技术存在各自适用范围,对于冲击矿压危险源的搜索定位必须实现层次化。

大采高综放开采适应性研究

通过数值模拟的方法对顶煤冒放性影响因素、煤壁稳定性影响因素进行综合分析,得到了顶煤拉伸破坏系数与煤壁拉伸破坏系数的多元线性回归方程,给出了大采高综放开采对煤层强度下限以及对煤层开采厚度上限的要求,并在平朔安家岭煤矿和潞安屯留煤矿进行了应用。应用结果表明,大采高综放开采有利于工作面实现安全均衡生产。

铜川矿区区段煤柱宽度优化研究

针对铜川矿区区段煤柱宽度偏大、采区采出率偏低等生产实际,综合采用现场实测、理论计算、经验公式、数值模拟等方法进行了煤柱宽度的优化研究。理论分析与实测表明,在目前的工字钢梯形棚支护条件下,区段煤柱靠近巷道侧的塑性区宽度为4-5 m,靠近采空区一侧的塑性区宽度为5.2 m,煤柱内部弹性区宽度按2.5-4.6 m考虑为宜。据此结合该矿区当前的开采深度,通过离散元数值软件进行了不同煤柱留宽的效果检验,最终确定在工字钢架棚支护的条件下,区段煤柱的合理留宽为20 m。

新型高水材料巷旁充填沿空留巷技术

对新型高水速凝材料特性进行了试验分析,将新型高水材料作为沿空留巷巷旁充填材料,利用水力泵送充填工艺,工艺实施过程中充填袋、锚栓、大型自移式充填支架和充填体位置的确定发挥了关键技术作用。在邯矿集团进行了工业性试验,取得了良好的充填留巷效果,沿空留巷巷旁充填技术的可靠性得到大幅度提高,具有很高的推广应用价值。

开滦矿区复杂煤层综合机械化放顶煤开采技术

回顾了开滦(集团)有限责任公司复杂煤层综合机械化放顶煤开采的发展历程。介绍了放顶煤开采的3种类型,即一次采全厚放顶煤开采、预采顶分层网下放顶煤开采以及倾斜分段分层放顶煤开采。从中位放顶煤和低位放顶煤开采等方面分析了开滦集团公司在放顶煤开采技术上的探索、改革与发展过程以及在各个阶段所取得的成果,并着重阐述了特厚煤层低位放顶煤、厚煤层轻型支架放顶煤、急倾斜厚煤层微型支架放顶煤和大倾角特厚煤层放顶煤等低位放顶煤开采技术的结构与技术特征。最后介绍了开滦集团公司在生产过程中所积累的放顶煤开采工艺参数的选择以及放顶煤安全开采的影响因素等方面的研究成果。

急倾斜特厚煤层开采冲击地压发生过程监测与分析

为解决急倾斜特厚煤层水平分段开采时的冲击地压问题,采用微震监测系统,确定了两煤层间岩柱中产生的矿震是诱发巷道冲击地压的力源,结合具有高采样频率的冲击地压监测系统进行了冲击震源震波及其响应信号的实测,得出急倾斜特厚两煤层之间岩柱诱发冲击地压的震源信号具有距离工作面近、波形呈现出明显的P波、S波,延时较长,能量较大等特征;震源产生的动载使得煤体应力和锚杆受力瞬间升高,距离震源越近,引起煤体应力变化的幅度越大,煤体垂向应力较水平应力升高更为明显,冲击发生前至少1 h内,煤体应力就已开始发生变化,表现出了一定的冲击前兆特征。研究结果表明,通过震波及其响应信号实测可分析冲击地压发生过程。

近距离煤层掘进巷道过终采线冲击地压防治技术

为了防治掘进巷道的冲击地压,首先确定了其主要自然影响因素为煤体的强冲击倾向性、水平地应力和坚硬厚层顶板。根据现场冲击地压发生的位置,采用数值模拟分析了掘进巷道过上层煤工作面终采线区域的应力分布,确定了多次采动应力叠加是冲击地压发生的力源因素。根据现场微震监测结果,认为高位坚硬顶板破坏释放的能量进一步加剧煤体应力集中是冲击地压发生的诱发因素。将后续掘进区域分为强冲击危险区域和一般冲击危险区域,并提出了在强冲击危险区域进行加强支护和大孔径钻孔结合煤体松动爆破的解危措施,在一般冲击危险区域采用煤体预注水的方式进行超前卸压。现场电磁辐射监测结果证实,强冲击危险区域的电磁辐射强度和脉冲均明显高于一般冲击危险区域,同时表明冲击地压解危措施效果明显,保证了后续掘进的安全。

焦坪矿区坚硬顶板冲击矿压发生机理与防治对策

根据焦坪矿区覆岩的赋存特征,类比了其他矿区的冲击矿压案例,提出了焦坪矿区潜在的重大冲击灾害性。以具体工作面为例,参考已有的煤岩体冲击倾向性和物理力学性质实测结果,结合顶板运移实测结果,以冲击矿压发生的三因素理论为指导,从冲击倾向性、力源因素、煤岩体组成结构等三方面论证了孕育冲击矿压的成熟条件,在此基础上提出了有针对性的防冲措施。

近直立特厚两煤层同采冲击地压机理及防治

针对急倾斜特厚煤层特殊的赋存条件和开采技术条件,基于区域构造应力特征和地应力实测结果,建立了急倾斜特厚煤层水平分段开采两侧采空岩柱的外伸梁力学模型,分析得到了近直立特厚水平分段两煤层同采条件下两侧采空岩柱对煤体的"撬杆效应"构成了冲击地压的力源并获得其表达式,提出了由于该力源作用在煤体上产生的应力随时间的变化率达到或超过煤体的动态破坏应力指数而发生冲击地压的致灾机理。数值模拟结果和现场微震统计结果表明,主要受水平构造应力影响下的两侧采空岩柱在开采水平以下出现了应力集中和能量集中区域。据此提出了在开采水平超前工作面定期通过爆破和高压注水降低岩柱应力集中程度进行冲击地压解危,效果检验表明防治效果显著。

煤矿井下喷射混凝土减尘降弹技术

简要介绍了国外混凝土湿喷技术的应用,并分析了混凝土喷射过程中产尘及回弹影响因素。结合开滦东欢坨矿采用PC6UK型转子式潮喷机和SXW系列湿式振弦捕尘器、陶粒土做骨料进行喷射混凝土支护减尘降弹工艺和特点。提出了在进行喷射混凝土配合比设计时,应对配合比主要参数进行分析,掌握参数变化对质量的影响,采取有效措施可以控制粉尘和回弹量。

浅埋煤层冲击地压发生类型及防治对策

针对神新矿区浅埋煤层开采过程中频繁发生的冲击地压事故,开采活动使围岩产生的应变能增量诱发冲击地压的现象,建立了冲击地压能量方程,并给出了应变能增量的3种形式:静载型、动载型、叠加或混合型。结合现场分析认为目前神新矿区存在4种类型的冲击地压:工作面坚硬顶板垮落型、巷道应力叠加型、45°急倾斜煤层顶板悬顶型、87°近直立煤层岩柱撬动型,并分析了每种类型冲击地压的能量来源形式和主要致灾因素。在此基础上,从开采布置、监测方法、危险评价、解危方法及效果检验等方面提出了相应的冲击地压防治对策。