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巨厚含水关键层下防冲控水小盘区大煤柱布局模式
1
作者 曹安业 高孝鹏 +4 位作者 张宁 窦林名 赵卫卫 张金魁 宋士康 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第2期32-44,共13页
彬长矿区煤层上方赋存着巨厚含水关键层,在盘区开采尺度较大时极易破断失稳诱发冲击,同时导致盘区涌水量激增。采用小盘区大煤柱布局模式可提高主关键层的稳定性,但目前针对巨厚含水关键层下小盘区大煤柱布局模式的研究仍不够完善。因此... 彬长矿区煤层上方赋存着巨厚含水关键层,在盘区开采尺度较大时极易破断失稳诱发冲击,同时导致盘区涌水量激增。采用小盘区大煤柱布局模式可提高主关键层的稳定性,但目前针对巨厚含水关键层下小盘区大煤柱布局模式的研究仍不够完善。因此,以彬长某矿二、三盘区为工程背景,通过理论分析、现场实测及数值模拟等方法,研究了盘区隔离煤柱宽度及盘区开采尺度的合理取值范围。结果表明:①从盘区隔离煤柱与主关键层的稳定性出发,分别建立盘区隔离煤柱应力分析模型与主关键层挠曲变形模型,推导得出当前开采尺度下盘区隔离煤柱失稳临界宽度为257 m,三盘区主关键层破断失稳临界开采尺度为537 m;②当前开采尺度下,二盘区上方裂隙发育至主关键层中部,主关键层存在破断失稳的风险,随着盘区隔离煤柱留设宽度增加,三盘区上覆岩层破断发育高度降低,为保证三盘区上方主关键层的稳定,盘区隔离煤柱至少留设225 m;③盘区隔离煤柱区域应力集中及能量积聚程度与盘区隔离煤柱宽度成正相关关系,与三盘区开采尺度成负相关关系,综合考虑煤柱承载能力与煤炭资源采出率,盘区隔离煤柱的合理宽度为210~270 m,留设宽为210、240 m盘区隔离煤柱时,三盘区的合理开采尺度分别为490~550 m,640~700 m;④现场实践表明,该矿二、三盘区隔离煤柱实际留设宽度小于合理宽度,盘区隔离煤柱区域应力集中程度较高,因此采用顶板深孔爆破与煤层大直径钻孔进行卸压,采取卸压措施后,有效降低了盘区隔离煤柱区域的应力集中程度,卸压效果显著。 展开更多
关键词 冲击地压 巨厚含水关键层 隔离煤柱宽度 盘区开采尺度
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倾斜厚煤层托顶煤掘进巷冲击地压机制与防冲布巷优化研究 被引量：2
2
作者 吕鹏飞 耿伊健 +3 位作者 孙宇霆 王永亮 刘洋 梁野 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第2期106-120,共15页
为探究倾斜厚煤层掘进巷冲击地压机制及其有效的防治优化措施,以新疆某煤矿(4–5)06W胶带巷掘进发生顶板型冲击地压为背景,运用现场勘察、室内实验、力学建模及数值模拟等方法开展了研究,总结了倾斜厚煤层托顶实体煤掘进巷冲击地压显现... 为探究倾斜厚煤层掘进巷冲击地压机制及其有效的防治优化措施,以新疆某煤矿(4–5)06W胶带巷掘进发生顶板型冲击地压为背景,运用现场勘察、室内实验、力学建模及数值模拟等方法开展了研究,总结了倾斜厚煤层托顶实体煤掘进巷冲击地压显现特征,将冲击巷道破坏范围划分闭合区、严重破坏区及严重变形区,通过现场勘察确定了巷道顶煤是冲击主体,分析了煤层倾角、厚度及巷道煤岩组合对冲击地压发生的影响特征,数值反演了工程背景下的冲击动力现象,探讨了冲击地压发生的力学机制,并提出巷道继续掘进防冲优化布置及解危卸压方案。研究结果表明:(1)随煤层倾角的增大,正应力持续增大,但变化范围较小;顶板承受的切应力分为减小、缓慢增加和急速增加3个阶段;计算得出工程背景下半煤岩巷道掘进积聚的能量大于煤层巷道;(2)倾斜厚煤层托顶实体煤巷道掘进冲击机制包括3方面,①煤层倾角引发的顶板应力非均衡分布,②锚索过长导致不能充分发挥其悬吊组合作用,锚固效果较差,③倾斜下滑力与原水平应力共同作用易诱发巷道顶板煤体离层冒落;(3)提出了巷道继续掘进防冲优化方案,通过微震监测得出煤岩体积聚的能量由剧烈释放转为高频低能释放,巷道掘进冲击危险性显著降低,实现了(4–5)06W工作面剩余巷道的安全掘进。 展开更多
关键词 倾斜厚煤层 掘进巷道 冲击地压机制 防冲优化
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急倾斜深埋巨厚煤层掘巷冲击地压前兆特征及其灾害防治 被引量：12
3
作者 来兴平 贾冲 +6 位作者 胥海东 崔峰 刘旭东 王昊 陆长亮 张随林 何仕凤 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期337-350,共14页
随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量... 随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量变化数值模拟分析,揭示巷道掘进的冲击地压发生机理,提出急倾斜巨厚煤层巷道冲击地压防治策略,并完成现场工程实践验证。研究结果表明:急倾斜巨厚煤层巷道掘进的冲击地压发生前第2~5天出现微震总能量极低值,或存在至少4 d的能量潜伏期;冲击地压发生前5 d普遍存在3 d以上的最大能量占比高频波动期。冲击地压发生前存在明显缺震现象,发生位置集中分布在距离掘进工作面较近的微震能量极小值区间范围内,或位于微震能量极值区间附近的微震频次极小值区间范围内,且冲击地压事件位于冲击变形能指数较高区域。急倾斜巨厚煤层水平分段综放开采的坚硬覆岩结构不易破断,使得巷道掘进存在上水平采空区两侧“双翼型”应力集中,掘进工作面前方与巷道底部受顶底板岩层相互挤压的应力集中分布且能量积聚显著,随着巷道掘进深度增加其应力集中与能量积聚进一步增强,容易诱发冲击地压等动力灾害。综合分析形成急倾斜巨厚煤层巷道掘进的工作面爆破卸压、巷道钻孔卸压与补强支护、复杂区域架蓬的冲击地压防治策略。结合冲击地压时空前兆异常为及时加强卸压力度提供时机。通过工作面与巷道卸压使得掘进期间未发生单日累计1×105 J以上微震能量,在对支护优化调整与复杂区域重点防护后,巷道掘进日均微震能量降至2.2 kJ,其1 kJ以上微震事件占比下降且巷道断面整体平整。研究结果为急倾斜巨厚煤层巷道安全掘进提供了科学依据。 展开更多
关键词 急倾斜巨厚煤层 巷道掘进 冲击地压 前兆特征 防治策略
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急倾斜特厚煤层冲击地压防治探索与总结 被引量：12
4
作者 窦林名 王永忠 +3 位作者 卢方舟 贺虎 何江 张强 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期84-94,共11页
急倾斜特厚煤层开采顶板破断运动复杂,应力和能量演化规律特殊,在深部“三高一扰动”影响下,冲击地压防治不容乐观。基于某矿2016年冲击地压事故后急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压防治经验,从急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压发... 急倾斜特厚煤层开采顶板破断运动复杂,应力和能量演化规律特殊,在深部“三高一扰动”影响下,冲击地压防治不容乐观。基于某矿2016年冲击地压事故后急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压防治经验,从急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压发生机理、瓦斯突出与冲击地压综合防治和冲击地压管理详细介绍了该矿7年来急倾斜特厚煤层冲击地压防治经验。冲击地压发生机理方面,建立了顶板岩层倾斜悬臂梁模型,揭示了顶、底板覆岩结构破断失稳演化过程,划分了夹持煤体受力状态分区,提出了急倾斜特厚煤层冲击“夹持理论”。瓦斯突出与冲击地压综合防治方面,基于冲击地压灾害控制解危技术的强度弱化减冲理论,结合原有防突措施体系,提出了既能防冲且对防突有利的解危措施,形成了某矿瓦斯/CO_(2)突出-冲击地压“双防”技术体系,建立了适用于某矿急倾斜特厚煤层水平分段开采的冲击地压防治体系,以钻屑量和瓦斯吸解值验证了瓦斯突出防治的强度保障,同时以加强实施卸压措施工作面的微震事件分布及各能级总频次和能量对比,论证说明了卸压方案防治效果的有效性。冲击地压管理方面,形成了预测评价、监测预警、治理预防、效果检验、安全防护和教育培训“六位一体”综合防治架构,基于《煤矿安全规程》和《防治煤矿冲击地压细则》等各项规定,制定了Q/YJMD-—FC 0104-2022《窑街煤电集团有限公司煤矿冲击地压防治第四部分:冲击地压防治技术规范》。 展开更多
关键词 冲击地压 急倾斜特厚煤层 冲击“夹持理论” 安全防控 水平分段开采
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大巷煤柱工作面过空巷矿压规律及控制技术 被引量：7
5
作者 李振华 任梓源 +2 位作者 杜锋 任浩 王文强 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期141-152,共12页
【目的】由于矿井工作面布置方式的调整,煤柱工作面经常会面临通过废弃巷道时覆岩顶板难以控制的情况。【方法】为解决这一问题,以河南赵固二矿二盘区外侧煤柱工作面过空巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,研究工作... 【目的】由于矿井工作面布置方式的调整,煤柱工作面经常会面临通过废弃巷道时覆岩顶板难以控制的情况。【方法】为解决这一问题,以河南赵固二矿二盘区外侧煤柱工作面过空巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,研究工作面与空巷覆岩破断组合结构,模拟不同支护强度下顶板应力-位移全周期演化规律,分析工作面矿压显现特征,提出相应的控制技术。【结果和结论】结果表明,基本顶不同破断形式对矿压显现特征影响显著,关键块断裂位置可分为煤柱上方、空巷上方和实体煤上方3种类型。通过建立工作面过空巷力学模型,研究基本顶超前破断力学机理,基本顶受到空巷-煤柱-工作面支护系统支撑作用,形成“砌体梁”稳定承载结构,判定基本顶滑落失稳时空巷支护强度的临界值为4.6MPa。数值模拟显示,工作面超前支承压力与空巷应力集中产生的叠加效应对煤柱影响显著,当工作面推进至距空巷5m时,煤柱失稳破坏,基本顶易发生超前破断。在工作面过空巷过程中,煤柱超前支承压力分布特征由“双峰型”转变为“孤峰型”。不同支护强度下的顶板应力分布特征存在明显差异,确定空巷支护强度为4.5MPa能够防止基本顶超前破断。最后,在研究区二盘区外侧煤柱工作面采用“锚网索”支护方式对空巷顶板进行补强支护,过空巷期间液压支架工作阻力在研究区域处于安全范围内,未发生顶板垮落和压架等事故,解决了二盘区外侧煤柱工作面过空巷技术难题,可为类似工作面提供参考依据。 展开更多
关键词 空巷 煤柱 力学模型 冲击地压 数值模拟 现场试验
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宽高比对煤柱型冲击地压影响规律的实验研究 被引量：2
6
作者 朱志洁 姚振华 +3 位作者 陈昆 吕飞 韩军 王来贵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1303-1317,共15页
我国深部煤炭开采日趋复杂,区段煤柱在采动、构造或坚硬顶底板影响下极易诱发煤柱型冲击地压,煤柱型冲击地压的防治已成为煤矿安全高效开采的难题,研究不同宽高比条件下区段煤柱的力学性能及冲击破坏特性对煤柱型冲击地压防治具有积极... 我国深部煤炭开采日趋复杂,区段煤柱在采动、构造或坚硬顶底板影响下极易诱发煤柱型冲击地压,煤柱型冲击地压的防治已成为煤矿安全高效开采的难题,研究不同宽高比条件下区段煤柱的力学性能及冲击破坏特性对煤柱型冲击地压防治具有积极意义。采用不同宽高比煤样的“岩-煤-岩”组合体进行了单轴压缩实验,通过分析煤岩组合体的冲击倾向性、动态破坏特征、分形维数和声发射特征参数等,研究了宽高比对煤柱冲击破坏的影响规律。结果发现:①煤柱的宽高比对煤岩组合体的冲击倾向性具有显著影响,宽高比不小于2∶1时,其冲击能量指数K_(E)为1.82~2.65,冲击倾向性无明显变化;小于2∶1时冲击倾向性呈先升高后降低的趋势,1∶1时K_(E)最大,达到了15.43。②随宽高比减小,煤岩组合体破坏特征依次表现为:拉压破坏—压剪破坏—拉剪破坏。煤柱宽高比为5∶1~3∶1时,煤岩组合体破坏较为缓慢;宽高比为2∶1时开始出现片状煤屑弹出,冲击破坏剧烈程度较低;宽高比为1∶1和0.75∶1时,具有明显的冲击破坏特性;宽高比为0.5∶1时,煤岩组合体整体稳定性下降,相对0.75∶1煤岩组合体煤柱破坏的剧烈程度降低。③峰后声发射能量释放率与分形维数D变化规律相似,均随宽高比减小呈先升高后降低的趋势。宽高比不小于2∶1时,煤岩组合体破坏过程中能量持续释放时间较长,煤柱破坏平缓;宽高比为1∶1时,能量释放率和D值明显增大,相较宽高比不小于2∶1煤岩组合体的能量释放率增大了约4倍,D值增大了0.18~0.23,煤柱冲击破坏最为剧烈;宽高比0.75∶1煤岩组合体能量释放率与D值分别降低了约10%和0.01,破坏剧烈程度与1∶1煤岩组合体相近;宽高比减小至0.5∶1时,相关参数的降低幅度约为0.75∶1煤岩组合体的6倍,破坏剧烈程度相对较小。研究表明:宽高比对煤柱的冲击破坏具有显著影响,整体上,煤柱冲击破坏剧烈程度随宽高比减小(5∶1~0.5∶1)呈先升高后逐渐降低的趋势;煤柱宽高比大于3∶1时,煤柱冲击危险性相对较小,煤柱宽高比为1∶1和0.75∶1时冲击危险性较大,0.5∶1次之。 展开更多
关键词 煤柱型冲击地压 煤柱宽高比 煤岩组合体 声发射 分形维数
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基于围岩应力差异梯度控制的深部煤巷防冲机制与技术
7
作者 刘国磊 王泽东 +4 位作者 张修峰 曲效成 崔嵛 马秋峰 李玉霞 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期674-693,共20页
针对深部煤巷冲击地压灾害,以聚焦围岩垂向应力与径向水平应力差异的“煤巷围岩应力差异梯度致冲机理”为基础,探究其致冲机制,研发防冲关键技术。采用数值模拟、理论分析、现场实践等方法,从应力差异角度,分析单元体、围岩的稳定性及... 针对深部煤巷冲击地压灾害,以聚焦围岩垂向应力与径向水平应力差异的“煤巷围岩应力差异梯度致冲机理”为基础,探究其致冲机制,研发防冲关键技术。采用数值模拟、理论分析、现场实践等方法,从应力差异角度,分析单元体、围岩的稳定性及破坏特征,分析基于应力差异控制的防冲机制;基于D_(gc)区域和局部联合控制的思路,提出煤巷围岩三级改造防冲技术方案,结合母杜柴登井田30202工作面现场三级改造工程案例进行分析。结果表明:强冲击倾向性煤体能承载更高的应力差异,为补偿过高的应力差异需要更高的能量释放强度,应力差异驱动煤体偏向于脆性剪切破裂;具有冲击倾向性的煤巷围岩易因高D_(gc)驱动而发生失稳,强冲击倾向性煤层D_(gc)更大,冲击风险激增;单一强支护提升围岩强度,也导致Dg在帮部集中,D_(gc)更加接近冲击临界条件,增强围岩D_(g)升高区阻抗、降低D_(gmax)是防冲着力点,主动支护和被动支护以及煤层改造需要协同作用才能有效降低围岩冲击风险;经微震事件、管路压力、排出煤粉量等指标及开采实践验证,三级改造防冲技术方案相较于传统卸压技术方法具有更强的减冲效果,适用于高应力差异区的煤层改造防冲需求,一级区域压裂改构和二级区域注水改性显著降低煤巷围岩的应力差异程度,巷道冲击危险等级降低,三级卸压钻孔间距可适当增加,降低工程量。 展开更多
关键词 深部煤巷围岩 应力差异梯度 梯度控制 防冲机制
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深井高应力大巷煤柱释能改性防冲机理及应用 被引量：2
8
作者 朱斯陶 张翔 +8 位作者 姜福兴 马俊鹏 张修峰 夏开文 王超 李士栋 刘金海 朱权洁 曲效成 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3711-3727,共17页
针对当前我国深井高应力大巷煤柱频繁发生冲击地压的现状,采用现场调查、理论分析、数值模拟和工程试验等方法,研究了我国大巷煤柱冲击地压发生类型与机理,提出了一种高应力大巷煤柱释能改性防治冲击地压的新方法,基于该方法开展了防冲... 针对当前我国深井高应力大巷煤柱频繁发生冲击地压的现状,采用现场调查、理论分析、数值模拟和工程试验等方法,研究了我国大巷煤柱冲击地压发生类型与机理,提出了一种高应力大巷煤柱释能改性防治冲击地压的新方法,基于该方法开展了防冲原理研究、技术体系设计、井下工业试验等一系列研究工作,得到:基于大巷煤柱冲击地压的主导力源类型,结合多起冲击地压典型案例,将我国大巷煤柱冲击地压划分为基础应力叠加型、附加应力诱发型和自身蠕变失稳型3类,分别建立并推导了3类大巷煤柱冲击地压发生机理的力学模型与工程判据,揭示了3类大巷煤柱冲击地压的发生机制。提出一种深井高应力大巷煤柱压裂−注浆协同防治冲击地压的方法,其防冲原理体现在“释能”和“改性”2个方面,井下工业试验发现弹核煤体起裂压力约40 MPa,整体最大压裂宽度达19.5 m,现场监测验证该方法能够降低大巷煤柱能量积聚水平,提高大巷煤柱整体冲击阈值。设计了深井高应力大巷煤柱释能改性防冲成套技术体系,包括孤立煤体冲击危险“评估−检验−校核”方法、弹性核水力压裂增缝释能技术和整体注浆加固改性技术。研发了大巷煤柱弹性核压裂“震动−应力−位移”三场监测设备和PS-Z-A/B型无机双组份速凝整体注浆改性材料。 展开更多
关键词 大巷煤柱 冲击地压 深部开采 释能改性 压裂释能 注浆改性
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上覆不规则煤柱孤岛工作面冲击地压弱结构法防治技术 被引量：2
9
作者 董文卓 陈理强 +3 位作者 王文杰 史明伟 徐维正 马宏军 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第2期40-45,52,共7页
为解决上覆不规则煤柱孤岛工作面冲击地压防治问题,分析了国内该条件下导致冲击地压的研究现状;以唐山矿Y484工作面为研究对象,分析得出以上覆不规则煤柱、大埋深、本层煤柱和煤岩层结构为主的上覆不规则孤岛工作面冲击地压的主控因素;... 为解决上覆不规则煤柱孤岛工作面冲击地压防治问题,分析了国内该条件下导致冲击地压的研究现状;以唐山矿Y484工作面为研究对象,分析得出以上覆不规则煤柱、大埋深、本层煤柱和煤岩层结构为主的上覆不规则孤岛工作面冲击地压的主控因素;提出了通过制造弱结构调控冲击地压主控因素的防冲方法,描述了弱结构的特征及其通过调整应力分布防治冲击地压的原理;采用FLAC3D建立数值模型,分析了上覆不规则煤柱孤岛工作面的变形破坏过程及应力分布规律,使用弹塑性本构模型模拟弱结构,验证了弱结构对冲击地压的防控作用。通过现场工程实践,建立并实施了以弱结构为主的冲击地压防治技术,并通过应力法和钻屑法验证了弱结构对该条件下的冲击地压具有良好的防控效果。 展开更多
关键词 不规则煤柱 孤岛工作面 弱结构 冲击地压 数值模拟
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陕西煤矿冲击地压发生规律与分类防治 被引量：10
10
作者 潘俊锋 刘少虹 +3 位作者 马文涛 夏永学 王书文 冯美华 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期95-105,共11页
随着煤炭资源开采区域不断向西部以及深部转移,西部地区冲击地压矿井数量呈井喷式增长。陕西省作为煤炭大省,煤炭开发供应规模稳居全国前列,但冲击地压灾害尤为突出,为了有效遏制本地区煤矿冲击地压频繁发生势头,并为类似条件矿区冲击... 随着煤炭资源开采区域不断向西部以及深部转移,西部地区冲击地压矿井数量呈井喷式增长。陕西省作为煤炭大省,煤炭开发供应规模稳居全国前列,但冲击地压灾害尤为突出,为了有效遏制本地区煤矿冲击地压频繁发生势头,并为类似条件矿区冲击地压防治提供借鉴,通过分析陕西煤矿10年来的24座矿井、85起冲击地压案例,基本厘清了冲击地压发生规律,并开展了基于主控因素的分类防治研究。研究结果表明:陕西省煤矿冲击地压具有灾害矿井集中、灾害程度严重、多灾害叠加影响显著、防治难度大等特点;冲击地压监测技术、防治技术与地方法规建设历程几乎同步,达到了起步晚,起点高,示范效应强的结果;基于冲击地压主控因素,将陕西省冲击地压划分为3大类,分别为:坚硬顶板主导型、地质构造主导型和宽煤柱主导型,并针对主控因素提出弱化坚硬顶板、转移煤柱高集中应力、释放构造应力的防治方法。通过10年来的工程实践,不断优化矿井开采设计,探索煤层厚硬顶板千米顺层钻孔区域压裂新技术,加大防冲卸压技术的落实,冲击地压显现逐年减少,成果显著。 展开更多
关键词 冲击地压 陕西煤矿 冲击地压监测 冲击地压防治 主控因素 分类防治
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基于局部矿井刚度理论的煤柱冲击机理及防治
11
作者 高富强 卢志国 +5 位作者 彭相愿 娄金福 曹舒雯 王晓卿 陆闯 杨磊 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期125-136,共12页
冲击地压频发严重威胁煤炭资源安全高效回收,冲击地压机理研究是预测预警和灾害防治的基础。针对某矿井应力环境稳定且未受到动载影响的条件下发生的冲击事件,引入局部矿井刚度(LMS)概念,并以该矿井冲击事件高发区域为工程背景,综合运... 冲击地压频发严重威胁煤炭资源安全高效回收,冲击地压机理研究是预测预警和灾害防治的基础。针对某矿井应力环境稳定且未受到动载影响的条件下发生的冲击事件,引入局部矿井刚度(LMS)概念,并以该矿井冲击事件高发区域为工程背景,综合运用数值分析和现场实测等方法,分析复杂采掘布置条件下大空间尺度采掘作业过程中煤柱力学响应规律,并考察该过程中局部矿井刚度演化。指出采掘作业导致局部矿井刚度降低,煤层及其顶底板系统中能量快速积累,超过煤柱破坏所需能量,在失稳瞬间迅速释放造成煤柱冲击破坏,并对比分析随工作面推进局部矿井刚度演化与现场地音及微震实测数据。基于煤柱冲击破坏机理,结合该矿生产实际,采用大直径钻孔弱化煤体,降低冲击危险性,并以实测微震数据验证防冲效果。研究表明:(1)煤柱变形、载荷及弹性能量积累随采掘作业整体呈增长趋势,但LMS呈降低趋势,采出空间尺寸及其与研究区域间距离是主要影响因素,LMS对工作面回采响应程度显著大于巷道掘进,工作面回采对LMS降低显著影响范围是巷道掘进的3.67倍,单位推进距离下LMS降幅是巷道掘进的6.41倍。(2)随工作面推进LMS演化与现场地音及微震数据的良好对应关系,表明煤层回采导致LMS降低直接影响煤柱破坏方式,煤层及其顶底板系统中能量随LMS降低而快速积累,在煤柱承载能力降低时迅速释放,致使煤柱发生冲击破坏。(3)采用大直径钻孔弱化煤体后,微震能量及频次均显著降低,表明大直径钻孔破坏该区域煤体,降低煤柱峰后刚度,冲击危险性降低。 展开更多
关键词 煤炭开采 冲击地压 局部矿井刚度 煤柱响应 能量演化 大直径钻孔防冲
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多关键层窄煤柱冲击地压发生机理与三级协同防治技术 被引量：5
12
作者 翁明月 苏士杰 +3 位作者 孙如达 谢非 丁国利 夏永学 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期45-56,共12页
以门克庆煤矿11-3106工作面为背景,建立了11-3106工作面上覆厚硬覆岩结构破断模型,研究了深部厚硬顶板高强度开采条件下多关键层窄煤柱临空巷道冲击地压发生机理,提出了“钻-爆-压”三级协同卸压防治技术并现场应用,采用震波CT技术、微... 以门克庆煤矿11-3106工作面为背景,建立了11-3106工作面上覆厚硬覆岩结构破断模型,研究了深部厚硬顶板高强度开采条件下多关键层窄煤柱临空巷道冲击地压发生机理,提出了“钻-爆-压”三级协同卸压防治技术并现场应用,采用震波CT技术、微震监测、支架压力监测和地表沉降观测等多种手段进行了卸压效果验证。研究结果表明:11-3106工作面上覆存在高、低位关键层,当两关键层破断时,均可能造成覆岩大范围运动,临空巷道围岩受动载扰动影响大;窄煤柱承载能力低,使得覆岩载荷向巷道实体煤侧传递,实体煤侧应力增高,是冲击启动的主要区域;在侧向固定支承压力和本工作面移动支承压力叠加作用下,实体煤侧应力集中程度不断升高,受坚硬顶板周期性破断影响,“动静”加载容易诱发临空巷道冲击显现;坚硬顶板既是11-3106工作面系统内高静载力源,又是系统外强动载荷来源。对于11-3106工作面的冲击地压防治,应同时从3个方面入手:(1)弱化煤体,形成冲击发生的缓冲隔离带;(2)预裂低位顶板,减弱煤岩体致密程度,破坏系统内外的蓄能条件;(3)预裂高位顶板,人为诱发中高位关键层破断。开发了“钻-爆-压”三级协同卸压防治技术,现场实施后,降低了高、低位厚硬顶板破断带来的冲击动载,减弱了煤体内高应力区的应力集中程度,高能量微震事件大幅减少,降低了工作面回采期间的围岩活动性,工作面顶板来压强度降低,地面沉降值增加200%,表明“钻-爆-压”三级协同卸压具有良好的“释能减冲”效果,可为类似厚硬顶板条件下窄煤柱工作面的冲击地压防治提供借鉴。 展开更多
关键词 冲击地压 窄煤柱 应力演化 致灾机理 三级协同卸压
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新巨龙煤矿煤层大巷冲击地压防治技术 被引量：4
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作者 白光超 贾海宾 +1 位作者 卢绪涛 赵荣学 《煤炭工程》 北大核心 2024年第6期89-95,共7页
针对新巨龙煤矿3303工作面回采末期开采扰动对煤层大巷产生的冲击地压风险,采用微震监测分析了开采期间工作面超前煤岩体破裂的分布和演变规律,理论分析了大巷保护煤柱区应力分布形态,数值模拟分析了工作面开采前后大巷煤柱区应力分布... 针对新巨龙煤矿3303工作面回采末期开采扰动对煤层大巷产生的冲击地压风险,采用微震监测分析了开采期间工作面超前煤岩体破裂的分布和演变规律,理论分析了大巷保护煤柱区应力分布形态,数值模拟分析了工作面开采前后大巷煤柱区应力分布特征及煤层大巷在工作面采动影响下的应力分布及演变规律,阐述了新巨龙煤层大巷区域冲击地压发生机理。研究表明:大巷保护煤柱区域应力呈“马鞍形”分布,受工作面采动影响,应力与超前支承压力叠加逐渐增大。工作面回采末期,采空区连通范围增大也导致支承压力峰值增大。3303工作面超前支承压力影响范围约为180 m,工作面距大巷小于180 m时,受采动垂直应力影响较明显,巷道帮部冲击风险增强。此外,通过优化3303工作面终采线位置,采取巷道加强支护、巷道煤体卸压及顶板爆破卸压等针对性防治方案,工作面回采末期大巷区域矿震少且能量低,冲击地压防治效果显著。 展开更多
关键词 煤层大巷 冲击地压 微震监测 数值模拟 灾害防治
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深部综采工作面多关键层-煤柱系统失稳诱冲机理研究 被引量：2
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作者 杨光宇 陈学慧 周宏伟 《煤炭工程》 北大核心 2024年第5期121-128,共8页
深部综采工作面多关键层-煤柱系统失稳型冲击地压是鄂尔多斯深部矿区常见的冲击地压类型,目前现场没有统一成熟的治理方案,冲击显现仍时有发生,以鄂尔多斯深部矿区门克庆矿3102工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法... 深部综采工作面多关键层-煤柱系统失稳型冲击地压是鄂尔多斯深部矿区常见的冲击地压类型,目前现场没有统一成熟的治理方案,冲击显现仍时有发生,以鄂尔多斯深部矿区门克庆矿3102工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法,对深部综采工作面多关键层-煤柱系统失稳诱冲机理进行研究,探讨了深部多关键层-煤柱系统的空间结构演化规律,研究了区段煤柱承载多关键层加载模式,分析了多关键层-宽煤柱系统的变形与应力转化函数关系,推导了多关键层-宽煤柱系统的失稳冲击工程判据。揭示了深部多关键层-煤柱系统失稳诱冲机理:当煤柱两侧采空区后,低位“ILZ”和面内“DLZ”破断关键岩层组加载至宽煤柱使其压缩变形,之后采场“DLZ”关键岩层组挠曲甚至破断,转移应力加载区段煤柱上,当其承载应力超过失稳阈值时即发生整体失稳冲击。数值模拟研究了不同缩面宽度条件下的采场区段煤柱应力大小与分布特征变化规律,随着区段承载煤柱宽度的增加,应力分布特征由平台型过渡至马鞍形,应力集中程度和整体冲击危险水平持续降低,现场实测验证了120 m区段煤柱的防冲安全性。 展开更多
关键词 多关键层 煤柱 冲击地压 整体失稳 微震监测
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近距离冲击地压煤层开采遗留煤柱与断层复合影响下冲击危险性研究 被引量：1
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作者 冯美华 赵森 +3 位作者 闫耀东 郝电伟 李文帅 史庆稳 《中国矿业》 北大核心 2024年第6期174-182,共9页
我国主要冲击地压矿井往往同时赋存多层可采煤层,多煤层协同安全开采是事关我国能源安全的重要课题。近距离冲击地压煤层开采时,上部煤层留设的煤柱承载了较高的上覆岩层载荷,给下部煤层开采带来了较大的风险。当遗留煤柱下发育断层时,... 我国主要冲击地压矿井往往同时赋存多层可采煤层,多煤层协同安全开采是事关我国能源安全的重要课题。近距离冲击地压煤层开采时,上部煤层留设的煤柱承载了较高的上覆岩层载荷,给下部煤层开采带来了较大的风险。当遗留煤柱下发育断层时,该遗留煤柱导致的应力集中区与断层围岩附近的应力异常区产生的复合作用对工作面开采产生巨大影响。本文以陕西彬长大佛寺煤矿40201工作面为研究对象,理论分析了上煤层遗留煤柱和断层复合作用对下部冲击地压煤层开采时冲击危险性的影响,采用地震波层析成像技术和微震监测技术,分别探明了遗留煤柱和断层复合作用下工作面围岩静载荷、动载荷分布规律。研究结果表明:煤层中的断层破碎带在上覆遗留煤柱作用下产生的静载荷集中区域会向断层两盘远处转移,使得断层更易发生滑移失稳;在遗留煤柱和断层的复合作用下,工作面“见方”区域来压早于理论预测结果,且来压强度增大;工作面动载显现以遗留煤柱下区域为主,遗留煤柱的存在增大了工作面超前支承压力的影响范围。本文研究可对类似条件下的冲击地压煤层开采提供一些借鉴。 展开更多
关键词 近距离煤层 冲击地压 遗留煤柱 断层 地震波层析成像 微震监测
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近直立煤层群水平分段综放开采充填卸压防冲研究
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作者 王子伟 程博源 +3 位作者 魏炜杰 孙文超 谢东恒 谢缅羽 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第9期82-89,共8页
目前近直立煤层开采冲击地压防治措施主要有爆破、水压致裂、建立保护层等,或破坏层间岩柱和顶底板,或难以解决大采深情况下的层间岩柱应力集中问题,且会导致较大的地表沉降。以乌东煤矿为工程背景,针对近直立煤层群水平分段综放开采方... 目前近直立煤层开采冲击地压防治措施主要有爆破、水压致裂、建立保护层等,或破坏层间岩柱和顶底板,或难以解决大采深情况下的层间岩柱应力集中问题,且会导致较大的地表沉降。以乌东煤矿为工程背景,针对近直立煤层群水平分段综放开采方法,提出了充填采空区技术,以支护层间岩柱及顶底板,降低开采分段周围煤岩体的应力集中现象。设计了3种充填方案:方案1为第一开采分段采空区使用高强度材料充填,其余分段采用普通材料充填;方案2为第一开采分段采空区使用高强度材料充填,其余分段交替采用高强度材料和普通材料充填;方案3为每一分段采空区均使用高强度材料充填。通过数值模拟研究了3种充填方案的卸压防冲效果,结果表明:与未充填相比,3种充填方案下层间岩柱最大垂直应力分别下降25.07%,26.57%,29.23%,下一分段煤体最大水平应力分别下降10.63%,10.79%,12.34%。综合考虑卸压效果和经济效益,优选间隔充填的方案3。指出可结合高应力区域实时智能监测技术,及时支撑层间岩柱,减少层间岩柱及下分段煤体的应力集中,防止冲击地压发生。 展开更多
关键词 综放开采 近直立煤层 冲击地压防治 充填开采 充填卸压 层间岩柱 应力分布
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高应力区分层开采冲击地压事故发生机理研究 被引量：37
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作者 姜福兴 史先锋 +4 位作者 王存文 魏全德 姚顺利 朱斯陶 耿超 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1123-1131,共9页
以某矿厚硬顶板条件下特厚煤层上分层开采发生的巷道与工作面同时冲击的事故为背景,研究事故发生的机理与治理方法。研究表明:引起事故的主要力源来自上层煤煤柱、不等宽区段煤柱、巨厚坚硬顶板和大断层等形成的集中应力;主要冲击灾害... 以某矿厚硬顶板条件下特厚煤层上分层开采发生的巷道与工作面同时冲击的事故为背景,研究事故发生的机理与治理方法。研究表明:引起事故的主要力源来自上层煤煤柱、不等宽区段煤柱、巨厚坚硬顶板和大断层等形成的集中应力;主要冲击灾害体是巷道和工作面内的底煤;底煤发生冲击的主要力学机理是底煤在水平应力突变条件下发生屈曲破坏,并在垂直应力作用下发生冲击性滑移。提出了上层煤柱对下层煤采动影响范围与冲击危险范围的评估方法,为制定恢复生产方案提供了科学依据。根据发生事故的机理,制定并实施了恢复生产的方案,通过实施危险区卸压措施和建立冲击危险实时监测预警体系,工作面恢复了生产,保障了安全开采。 展开更多
关键词 冲击地压 发生机理 集中应力 上层煤煤柱影响 底煤冲击
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煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论基础与关键技术 被引量：195
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作者 齐庆新 潘一山 +7 位作者 李海涛 姜德义 舒龙勇 赵善坤 张永将 潘俊锋 李宏艳 潘鹏志 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1567-1584,共18页
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”... 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。 展开更多
关键词 煤岩动力灾害 冲击地压 广义“三因素”理论 冲击地压巷道“三级”吸能支护 井上下联合抽采防突
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防冲煤柱合理宽度的确定方法研究及应用 被引量：11
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作者 李佃平 郭晓强 +3 位作者 窦林名 韩荣军 刘衍高 刘辉 《金属矿山》 CAS 北大核心 2011年第8期60-63,80,共5页
针对煤柱型冲击矿压的多发性与危害性,基于煤柱弹塑性模型,提出了2种防冲煤柱设计方法。从防治冲击矿压角度利用力学计算方法分别计算屈服煤柱及承载煤柱宽度,得出防冲煤柱合理宽度的理论计算方法。结合某矿实际工程地质情况,合理选择... 针对煤柱型冲击矿压的多发性与危害性,基于煤柱弹塑性模型,提出了2种防冲煤柱设计方法。从防治冲击矿压角度利用力学计算方法分别计算屈服煤柱及承载煤柱宽度,得出防冲煤柱合理宽度的理论计算方法。结合某矿实际工程地质情况,合理选择煤柱优化方案,对比煤柱宽度优化前后的矿震活动、冲击矿压显现情况,结果表明优化后的煤柱宽度可有效降低冲击危险性程度。研究成果为防冲煤柱合理宽度的确定提供了依据,具有一定的理论意义与实用价值。 展开更多
关键词 采矿工程 冲击矿压 防冲 煤柱宽度
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煤层注水预防冲击地压的研究 被引量：72
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作者 章梦涛 宋维源 潘一山 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 2003年第10期69-72,共4页
煤层注水防治冲击地压的方法简易、价廉、适应性广 ,同时具有降尘、降温及软化煤层功用 ,一举数得 ,可以作为冲击地压防治的首选措施。煤层注水防治冲击地压的机理以及注水过程中 ,对水在煤层中的运动规律还缺乏研究 ,因而工艺参数决定... 煤层注水防治冲击地压的方法简易、价廉、适应性广 ,同时具有降尘、降温及软化煤层功用 ,一举数得 ,可以作为冲击地压防治的首选措施。煤层注水防治冲击地压的机理以及注水过程中 ,对水在煤层中的运动规律还缺乏研究 ,因而工艺参数决定只能依靠经验 ,存在很大盲目性 ,必然影响防治效果。因此 ,笔者从水对煤物理力学性质的影响 ,对煤层注水防治冲击地压的机理等方面进行了分析和研究 ,认为煤层注水过程 ,实际上是水驱气的驱替过程 ,是有动界面的渗流力学问题 ,为此 ,进一步研究了水在煤层中的运动规律。研究的结果和有关数据 ,为制订煤层注水防治冲击地压的工艺参数提供依据 ,为有效地防治冲击地压的发生 ,提供了新的手段。 展开更多
关键词 煤层注水 冲击地压 防治 注水技术 降尘 降温 软化
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