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基于高位巷与工作面进回风巷联合卸压的坚硬顶板防冲技术研究
1
作者 谭云亮 任文涛 +6 位作者 李青海 殷鹏涛 张修峰 王子郡 陈洋 胡善超 李占海 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期65-81,共17页
深埋特厚煤层开采后高位坚硬顶板失稳造成强矿压现象突显,严重威胁矿井安全生产。为探究新型卸压防冲方案,以新巨龙煤矿8302工作面为研究背景,提出了高位巷与工作面进回风巷联合爆破卸压防冲方案。通过理论分析、物理模拟和数值计算相... 深埋特厚煤层开采后高位坚硬顶板失稳造成强矿压现象突显,严重威胁矿井安全生产。为探究新型卸压防冲方案,以新巨龙煤矿8302工作面为研究背景,提出了高位巷与工作面进回风巷联合爆破卸压防冲方案。通过理论分析、物理模拟和数值计算相结合的方法,分析了高位巷爆破与进回风巷爆破协同卸压原理,揭示了高位巷爆破卸压对于坚硬顶板的破断失稳机制,明确了高位巷爆破对于煤层应力场演化特征。针对现场工况条件,设计并实践了高位巷与进回风巷联合爆破卸压及监测方案,取得了显著的卸压效果。结果表明:①高位巷与进回风巷联合卸压,弱化了覆岩结构,使其产生大量裂隙,破坏了其连续性,降低了覆岩承载能力。②高位巷爆破使高位关键岩层初次垮落步距由144 m减小为84 m,周期垮落步距由24~30 m减小为12~24 m。煤层垂直应力由18.1~18.3 MPa减小至16.2~18.0 MPa,最大降幅11.47%,改善了工作面应力分布状况。③设计了8302工作面进回风巷与高位巷联合爆破卸压方案。并从进回风巷表面变形、覆岩应力、顶板深部位移等方面制定了监测方案。④现场工程实践表明:104 J及以上的微震能量事件降幅64.3%,微震事件由改性前的“低频高能”逐渐向改性后的“高频低能”转化。联合爆破卸压后,围岩变形、钻孔应力及锚杆索受力对断层及不规则采空区具有高度的敏感性,而在进入正常阶段后,围岩稳定性得到改善,联合爆破卸压效果显著。为解决大采高坚硬顶板引发的强矿压显现问题提供了理论依据及实践参考。 展开更多
关键词 坚硬覆岩 联合爆破 冲击地压 卸压释能 微震监测
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高位长钻孔爆破防治冲击地压技术研究及应用 被引量：1
2
作者 顾倩悦 曹安业 +5 位作者 杨耀 边戈 赵卫卫 高红兵 李庚 刘彦强 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第2期121-131,共11页
针对陕西某矿赋存高位厚硬顶板,已有技术难以实现井下直接整层弱化导致冲击地压频发的难题,提出一种高位钻场长钻孔爆破厚硬顶板防治冲击地压技术。采用理论分析、数值模拟等研究方法,分析了该技术卸压降载机制,确定了其布置参数与层位... 针对陕西某矿赋存高位厚硬顶板,已有技术难以实现井下直接整层弱化导致冲击地压频发的难题,提出一种高位钻场长钻孔爆破厚硬顶板防治冲击地压技术。采用理论分析、数值模拟等研究方法,分析了该技术卸压降载机制,确定了其布置参数与层位,并在该矿2412工作面开展了工程实践。结果表明:长距离钻孔爆破技术是通过在高层位顶板布置钻场实现厚硬顶板整层预裂,达到卸压降载的目的;设计正交试验确定了长距离钻孔爆破卸压效果的主控影响因素为爆破层位;根据煤矿覆岩主控诱灾层位识别方法,判定2412工作面煤层上方52~67 m处为爆破层位,根据工作面开采期间周期来压步距及爆破围岩裂隙发育半径,确定炮孔间距为30 m。工程实践表明,施工长距离钻孔爆破后微震事件频次及能量均有所降低,巷道变形量减小,与传统顶板深孔爆破技术相比,长距离钻孔爆破技术的卸压范围更大,效果更显著。研究结论可为类似条件矿井在生产期间,从源头对高层位、难卸压的厚硬顶板进行降载卸压防治冲击地压提供参考。 展开更多
关键词 厚硬顶板 冲击地压 长距离钻孔爆破 正交试验 防治技术
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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
3
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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厚硬顶板井下长孔水力压裂防冲技术研究
4
作者 姚子涛 陈学慧 +3 位作者 李振安 魏宏斌 白建飞 周宏伟 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期81-86,共6页
针对厚硬顶板下工作面防冲难于实现大范围超前卸压的问题,以大海则煤矿20101工作面为工程背景,采用理论分析和现场实测等方法,开展厚硬顶板井下长孔水力压裂防冲技术研究,确定了压裂层位、评估了水力压裂效果和防冲效果。结论如下:①基... 针对厚硬顶板下工作面防冲难于实现大范围超前卸压的问题,以大海则煤矿20101工作面为工程背景,采用理论分析和现场实测等方法,开展厚硬顶板井下长孔水力压裂防冲技术研究,确定了压裂层位、评估了水力压裂效果和防冲效果。结论如下:①基于垮落带岩石充满采空区所需高度及工作面微震事件分布规律,综合考虑充满采空区所需高度、上覆岩层破裂范围以及厚硬岩层层位,确定井下长孔水力压裂钻孔设计高度分别为20 m和35 m;②通过水压力波动特征及邻孔出水现象判定,压裂过程中水压力于稳定区间持续波动,后期邻孔出水量激增,证实压裂裂隙与邻孔贯通并形成裂隙网络,压裂效果良好;③实施水力压裂后,微震事件总能量、总频次及高能级事件数量显著降低,来压动载系数与来压步距明显减小。研究表明,井下长孔水力压裂技术可有效降低工作面冲击危险性,保障厚硬顶板条件下的安全回采,为同类地质条件矿井的冲击地压防治提供技术参考。 展开更多
关键词 厚硬顶板 冲击地压 长孔水力压裂 防冲效果 分段压裂 微震监测
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大埋深孤岛工作面回采覆岩结构演化与防冲减灾实践
5
作者 都锋 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第4期117-124,共8页
针对深部开采条件下孤岛工作面冲击地压防治难题,以江西丰城曲江煤矿中央采区003深井孤岛工作面为研究对象,采用实验室试验、理论分析、数值模拟相结合的方法,对孤岛工作面煤岩冲击倾向性、孤岛工作面覆岩结构特点、回采期间的应力演化... 针对深部开采条件下孤岛工作面冲击地压防治难题,以江西丰城曲江煤矿中央采区003深井孤岛工作面为研究对象,采用实验室试验、理论分析、数值模拟相结合的方法,对孤岛工作面煤岩冲击倾向性、孤岛工作面覆岩结构特点、回采期间的应力演化特征等进行系统研究。试验结果表明,003孤岛工作面煤层和底板无冲击倾向,煤层顶板存在强冲击倾向;通过FLAC3D数值模拟发现,随着工作面的推进,前方煤柱应力集中系数从1.05逐渐增至1.24,尤其在回采“见方”期间应力集中系数相对较高。现场进行了顶板预裂爆破卸压,并通过钻屑法进行检验,该卸压方式有效弱化了静载水平,防冲调控效果良好。 展开更多
关键词 大埋深 孤岛工作面 覆岩结构演化 防冲减灾 冲击地压 数值模拟
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高应力强扰动煤层大直径钻孔动载防冲特性:以园子沟煤矿1012007工作面为例
6
作者 孙彬 张顺峰 +2 位作者 张跃恒 高虎 徐东 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第18期7566-7574,共9页
针对高应力强扰动煤层大直径钻孔卸压防冲能力有限等问题,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,研究了大直径钻孔扰动卸压防冲机理,提出了大直径钻孔卸压防冲控制技术措施,提高了高应力强扰动煤层卸压防冲性能。研究表明:大直径钻... 针对高应力强扰动煤层大直径钻孔卸压防冲能力有限等问题,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,研究了大直径钻孔扰动卸压防冲机理,提出了大直径钻孔卸压防冲控制技术措施,提高了高应力强扰动煤层卸压防冲性能。研究表明:大直径钻孔卸压范围与钻孔半径、围岩应力和扰动应力增量呈正比,与破碎区和塑性区间约束力成反比,增大大直径钻孔卸压范围,可增大动载应力波能量衰减量,转移静载能量于围岩深部,降低煤层冲击危险性;扰动系数增大,大直径钻孔卸压范围与钻孔周围集聚弹性能呈增大趋势,钻孔振动加速度随扰动系数和冲击能量增大呈指数型增长,扰动系数大于2,叠加冲击动载影响,大直径钻孔堵塞,达到极限防冲能力;采用密集钻孔法和反复掏钻法可增大大直径钻孔卸压范围,降低煤层冲击危险性,现场试验后巷道围岩变形量降低31.5%~67.0%,煤体应力值低于临界预警值,巷道围岩稳定性显著提升。 展开更多
关键词 高应力 强扰动 冲击地压 大直径钻孔 卸压防冲
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基于IMU-LiDAR紧耦合的煤矿防冲钻孔机器人定位导航方法 被引量：10
7
作者 司垒 王忠宾 +4 位作者 魏东 顾进恒 闫海峰 谭超 朱远胜 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期2179-2194,共16页
防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其在复杂卸压巷道的精确地图构建和的稳定导航是实现钻孔作业智能化的基础和前提。在分析激光雷达点云畸变成因和同步定位与地图构建(SLAM)算法缺陷的基础上,设计了基于惯性测量单元(IMU)... 防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其在复杂卸压巷道的精确地图构建和的稳定导航是实现钻孔作业智能化的基础和前提。在分析激光雷达点云畸变成因和同步定位与地图构建(SLAM)算法缺陷的基础上,设计了基于惯性测量单元(IMU)连续时间轨迹的点云畸变矫正方法,建立了激光雷达和IMU的数据融合模型,提出了基于IMU-LiDAR紧耦合的防冲钻孔机器人定位建图方法。根据煤矿卸压巷道特点建立了密闭坡道模型,开展了建图效果仿真分析,结果表明,所提算法在定位精度、轨迹误差方面均优于现有常用算法。在此基础上,设计了基于改进人工势场法和快速扩展随机树的动态路径规划方法,建立了适用于防冲钻孔机器人的路径规划与导航融合方案,并设计了2种仿真运动场景,结果表明,所提路径规划方法在全局路径规划和动态路径规划的平均路径长度、平均运行时间、平均生成节点数等方面均具有较好的综合性能。为了进一步验证防冲钻孔机器人定位导航方法的实用性,在校内模拟巷道、地面实验基地和井下卸压巷道等场景下开展了多组对比实验,结果表明:将IMU数据与LiDAR数据紧耦合后,所提方法的定位建图精度明显提高,在特征退化场景中具有优越的定位建图性能,且规划路径的运算效率和路径代价方面均具有良好的表现,验证了所提定位导航方法在多种场景中的可行性和优越性。 展开更多
关键词 防冲钻孔机器人 同步定位与地图构建 惯性-雷达融合 定位导航 路径规划
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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
8
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
9
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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大范围采动影响下特大断层构造区微震活动规律及调控方法 被引量：2
10
作者 郭伟耀 张悦颖 +5 位作者 谷雪斌 公绪飞 郭传清 郭文静 张骞 张磊 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期260-272,共13页
为大范围采动影响下特大断层构造区冲击地压防控提供参考,以济宁二号煤矿落差达百米级八里铺断层构造区为工程背景,研究了全矿井及八里铺断层上下盘采区的微震活动规律,基于微震累积能量分析了八里铺断层活动性,探讨了特大断层构造区微... 为大范围采动影响下特大断层构造区冲击地压防控提供参考,以济宁二号煤矿落差达百米级八里铺断层构造区为工程背景,研究了全矿井及八里铺断层上下盘采区的微震活动规律,基于微震累积能量分析了八里铺断层活动性,探讨了特大断层构造区微震活动调控方法,同时进行了工程实践。研究结果表明:大范围采动影响下,济宁二号煤矿微震事件以均匀分布于工作面及巷道区域的低能量量级事件为主,主要来源于顶板岩层运动;沿八里铺断层面没有产生集中、连续、大范围分布的微震事件,但微震事件随着工作面与断层距离减小而增加,即开采对断层具有明显扰动效应,但目前采动强度不足以造成八里铺断层活动;断层构造区微震最高累积能量整体呈稳定趋势,但集中位置随采掘状态改变而不断变化,尤其受工作面回采速度及强度影响较为明显;留设大宽度保护煤柱是调控特大断层构造区微震活动的有效方法,同时辅以顶板预裂和煤体卸压,能够实现特大断层构造区域煤层安全开采。基于不同类型断层在回采过程中的冲击地压防控思路,针对八里铺断层构造区103下03工作面进行了工程实践,发现回采过程中工作面微震活动强度明显减弱,单日微震总能量降低,而单日微震频次增加,即能量释放呈多次低能释放的特征。 展开更多
关键词 大范围采动 特大断层 微震 冲击地压 防控
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鲜水河构造带隧道高地应力区岩爆特性分析 被引量：1
11
作者 冯涛 蒋良文 +3 位作者 袁东 林之恒 孟少伟 陈宇 《铁道工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期74-78,85,共6页
研究目的:青藏高原持续隆升,导致鲜水河构造带及邻区高地应力特征突出,地应力场极其复杂,研究高地应力的孕灾特征有助于隧道岩爆的风险防控,特别是时滞型岩爆的孕灾和致灾机理的研究。本文阐述鲜水河构造带地貌、地层岩性、构造及地应... 研究目的:青藏高原持续隆升,导致鲜水河构造带及邻区高地应力特征突出,地应力场极其复杂,研究高地应力的孕灾特征有助于隧道岩爆的风险防控,特别是时滞型岩爆的孕灾和致灾机理的研究。本文阐述鲜水河构造带地貌、地层岩性、构造及地应力场特征的孕灾总体认识,通过对该区域隧道近10 km约1300次岩爆统计,从发生概率、等级、埋深、位置、时间、距离等多角度研究岩爆特征,对发生的5次时滞型岩爆和隧道时效性变化特征进行分析,展望后续岩爆研究的重点。研究结论:(1)鲜水河构造带及邻区受高地应力影响,隐伏小微构造发育且无规律,为岩爆创造了特殊的孕灾环境,岩爆发生的随机性大;(2)该区域隧洞岩爆等级以轻微岩爆为主,具有“分区破裂”和脆性变形特征,时滞型岩爆一定程度上具有“继承性”;(3)建议加强沟谷应力场低埋型岩爆和滞后型岩爆或硬岩潜在时效破坏的监测研究;(4)本文研究成果可为类似高地应力环境下岩爆预测和防控提供借鉴。 展开更多
关键词 鲜水河构造带 深埋隧道 高地应力特征 时滞型岩爆 施工岩爆特征 风险防控
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晒旗河磷矿掘进巷道工作面钻孔卸压参数优化
12
作者 王其虎 周俊宝 +5 位作者 姚囝 骆效兵 伍蒙 张震 凌济锁 黄兆云 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第4期244-251,共8页
岩爆是困扰晒旗河磷矿安全开采的主要技术难题,该矿钻孔卸压参数与围岩应力分布不匹配,卸压效果有待提高。以该矿+80 m工作面为研究对象,采用数值模拟对掘进巷道工作面不同钻孔卸压参数下巷道围岩的应力和弹性能变化情况进行分析,探寻... 岩爆是困扰晒旗河磷矿安全开采的主要技术难题,该矿钻孔卸压参数与围岩应力分布不匹配,卸压效果有待提高。以该矿+80 m工作面为研究对象,采用数值模拟对掘进巷道工作面不同钻孔卸压参数下巷道围岩的应力和弹性能变化情况进行分析,探寻最优的卸压钻孔参数方案。引入谷-陶岩爆判据,计算最大主应力和单轴抗压强度的比值,评价卸压钻孔参数优化前后的岩爆等级,验证钻孔卸压效果。研究结果表明:随着钻孔深度的增加,巷道围岩应力先减小后增大,当钻孔深度为10 m时,围岩应力和弹性能最小;在保持钻孔数量不变的情况下,钻孔间距过小,钻孔周围形成的卸压区域重叠,整体卸压范围受限,钻孔间距过大,每个钻孔间形成的卸压区域无法起到协同卸压作用。卸压钻孔参数优化后最大主应力下降了14 MPa,岩爆风险等级由中等岩爆降为无岩爆。研究结果可为鄂西地区类似矿山卸压钻孔参数的选用提供参考。 展开更多
关键词 磷矿 岩爆 钻孔卸压 数值模拟 参数优化
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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
13
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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覆岩高位整层爆破卸压“人造预裂层”源头防治冲击地压技术体系及应用 被引量：18
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作者 郝宪杰 孙希奎 +4 位作者 唐忠义 付鹏鑫 罗江昊 沈灵杰 唐宽旭 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1318-1331,共14页
主动卸压防冲是落实强化煤矿冲击地压源头治理的重要措施。现行的主动卸压防控方式,或采用回采工作面平巷布孔卸压,或采用井下原位水力压裂技术,具有卸压保护范围有限、卸压施工进度制约等不足;或采用地面水力压裂防冲系统,具有卸压范... 主动卸压防冲是落实强化煤矿冲击地压源头治理的重要措施。现行的主动卸压防控方式,或采用回采工作面平巷布孔卸压,或采用井下原位水力压裂技术,具有卸压保护范围有限、卸压施工进度制约等不足;或采用地面水力压裂防冲系统,具有卸压范围广时效长等优点,也需要解决前期投入等。因此,秉持源头防治、防患未然、经济高效的一体化的防冲卸压创新战略思想,研究一种实践易行、效果显著、可全面推广的新型区域卸压源头防冲技术体系势在必行。提出了覆岩高位超前整层爆破卸压技术体系,针对可产生动载荷的较高位关键层,创新高位岩巷、高位钻场、爆破钻孔布置,将高位坚硬岩层超前、整体、均匀爆破预裂,从而形成“人造预裂层”。该方法突破了一般的长钻孔距离限制,使得岩层爆破的卸压高度、卸压范围、卸压效果均大幅提高,可形成覆盖整个工作面区域甚至多个工作面的超前工作面开采的高位“人造预裂层”。高位爆破“人造预裂层”首先使得该高位坚硬岩层的来压步距和来压强度大幅减弱,其次也缓冲减弱了其上硬岩层向下传递的矿山压力,最后还可降低其下方硬岩层的来压步距。在陕西长武亭南煤业3409工作面首次进行了覆岩高位整层爆破卸压“人造预裂层”技术试验后,现场实测效果表明采用该方法较之常规爆破卸压区域,支架的平均来压强度、来压步距、来压持续距离和压力报警频次均大幅减少;巷道深孔和浅孔应力也均减少;微震事件总能量、大能量微震事件大幅度减少,且密集程度显著降低,工作面中段的微震事件尤为稀疏;地音高能事件、震源CT获得的冲击风险区域也有减少,各种实测手段均验证了高位爆破人造预裂层卸压防冲技术的优越性。 展开更多
关键词 冲击地压 高位爆破 人造预裂层 卸压防冲 矿山压力 微震
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冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采 被引量：35
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作者 王国法 潘一山 +3 位作者 赵善坤 庞义辉 何勇华 魏文艳 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-14,共14页
冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采是一项重大的产业技术难题,系统分析了我国冲击地压矿井分布特征、开采现状及冲击地压发展趋势,深入剖析了冲击地压矿井面临的主要开采难题。从区域地应力监测反演、矿井开拓布局优化、煤柱尺寸优... 冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采是一项重大的产业技术难题,系统分析了我国冲击地压矿井分布特征、开采现状及冲击地压发展趋势,深入剖析了冲击地压矿井面临的主要开采难题。从区域地应力监测反演、矿井开拓布局优化、煤柱尺寸优化、井上下联合卸压、置换充填开采、高层位离层注浆等方面,全面阐述了冲击地压矿井全生命周期防控技术发展现状。针对巷道冲击地压防治难题,研发了冲击地压巷道全巷协同智能自适应抗冲击支护技术与装备,利用吸能防冲液压支架实现了正常状态对巷道围岩进行强支护、冲击过程迅速让位吸能的效果,结合支架智能运移装置、支架监测预警系统及全巷协同自适应抗冲击支护智能设计方法,构建了冲击地压巷道智能化吸能支护防控体系。分析了采煤工作面智能开采系统防冲原理,提出通过对围岩采动应力、覆岩断裂结构等进行监测分析,基于三维地质模型、大数据算法等对冲击地压发生位置、概率进行预测预警,并通过智能开采系统对液压支架的支护姿态与支护力、采煤机割煤速度等进行智能联动控制,实现采煤工作面智能开采与冲击地压智能防治。从采场应力与覆岩结构智能监测、冲击地压灾害数据库构建、冲击地压灾害分类预测预警等方面,分析了冲击地压智能防控技术的研发重点,提出了煤矿冲击地压监测预警系统组成及总体架构。从顶层设计、关键技术、智能精准解危与效果评价等方面提出了我国煤矿冲击地压煤层实现安全高效智能开采的技术路径与研发方向。 展开更多
关键词 冲击地压 采动应力 防冲技术 智能开采系统 吸能防冲液压支架 监测预警系统
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新街矿区厚硬顶板条件邻空巷道冲击地压机理与控制 被引量：6
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作者 刘文超 赵毅鑫 郭继鸿 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期153-165,共13页
【目的和方法】针对厚硬顶板条件下深部矿井回采巷道冲击地压严重威胁工作面安全生产的问题,以内蒙古新街矿区典型深采矿井3-1103工作面辅运巷为工程研究背景,分析邻空巷道冲击地压频发区域外在主控因素和内在驱动力源;构建基于软化地... 【目的和方法】针对厚硬顶板条件下深部矿井回采巷道冲击地压严重威胁工作面安全生产的问题,以内蒙古新街矿区典型深采矿井3-1103工作面辅运巷为工程研究背景,分析邻空巷道冲击地压频发区域外在主控因素和内在驱动力源;构建基于软化地基与弹性地基假定“岩梁-地基”系统力学特性的顶板断裂前受载力学模型,解析采场覆岩结构演化过程厚硬顶板岩梁能量演化规律及其主控因素;运用FLAC3D模拟并探查邻空巷道冲击失稳高风险区域位置与特征;研究采场覆岩结构优化与围岩应力能量控制方案,制定厚硬顶板破断诱发邻空巷道冲击地压控制方法。【结果和结论】结果表明:(1)邻空巷道冲击地压频发区域易发生以高静载或高静载叠加动载为主导灾变力源的失稳破坏,影响因素主要为顶板厚硬岩层、邻近采空区、区段煤柱。(2)顶板储能总量与覆岩载荷、软化地基系数、顶板岩梁弹性模量及惯性矩、采空区顶板极限跨距、工作面支架参数等有关。其中,覆岩载荷、软化地基系数和采空区顶板极限跨距与岩梁应变能密度呈正相关,顶板岩梁弹性模量及惯性矩、工作面支护参数与岩梁应变能密度呈负相关。(3)回采期间3-1103工作面超前支承压力区及其影响区域内区段煤柱和回采巷道煤体呈现多因素叠加影响,发生应力集中和能量积聚,是冲击失稳高风险区域;该区域较3-1101综采面其围岩应力与能量集中度进一步加剧增大。其中,工作面前方应力和应变能密度峰值增幅最大分别为6.61%、12.04%,区段煤柱应力和应变能密度峰值增幅最大分别为29.06%、65.14%。(4)提出了“卸压爆破预处理高静载区域+深孔爆破或水力致裂预裂厚硬顶板+强化巷道吸能防冲支护”的解决方案,现场应用效果明显。 展开更多
关键词 厚硬顶板 冲击地压 矿震 邻空巷道 分源防控
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我国深部冲击地压防控工程技术难题及发展方向 被引量：25
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作者 潘俊锋 夏永学 +3 位作者 王书文 马文涛 张晨阳 王冰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1291-1302,共12页
随着煤矿开采深度不断加大,我国深部冲击地压发生及其防治变得常态化,为了提高深部冲击地压防控技术成效,从深部冲击地压防控现场工程技术难题出发,结合灾害防治工程实践数据统计,分析了我国深部冲击地压防控因自身地质赋存地应力高,人... 随着煤矿开采深度不断加大,我国深部冲击地压发生及其防治变得常态化,为了提高深部冲击地压防控技术成效,从深部冲击地压防控现场工程技术难题出发,结合灾害防治工程实践数据统计,分析了我国深部冲击地压防控因自身地质赋存地应力高,人为开采扰动范围大,灾害防治过程围岩卸压后应力恢复快,冲击地压防治成效低下原因归结于防冲卸压工程实施与浅部开采相比,面临“三高一低”防控技术新要求,包括高强度的大尺寸钻孔卸压,以解决厚硬煤层不容易塌孔问题;小间距高密度施工钻孔,以解决钻孔卸压范围不联通问题;多轮反复高频度施工,以解决深部煤层卸压后应力恢复快问题;采掘工作面进尺低速度推进,以解决开采扰动强度大问题。针对深部冲击地压“三高一低”防控新要求模式,为了进一步提高冲击地压防控安全可靠性,以常规源头防控冲击地压采用优化开拓开采部署的局限性为背景,提出了深部冲击地压上覆岩层结构与载荷主动调控区域防控冲击地压技术,并提出了进一步需要解决的科学问题;以近年来几起典型的冲击地压事故存在防治方案“漏靶”问题为背景,开发了深部冲击地压采掘空间局部靶向防控技术,并指出了下一步还需要解决的科学难题;以煤矿冲击地压防治措施实施后,难以评判安全性问题为背景,提出了深部冲击地压防治卸压达标评判技术,并指出了下一步还需要解决的科学难题;以煤炭行业大力推广开采智能化,治灾仍需靠人工,人员处于高危环境作业问题,探索了深部冲击地压防治过程智慧智能化新兴研究方向及其面临的科学难题。最后,客观的指出,冲击地压防控绝不纯粹是理论与技术问题,人类对专业问题的认知也是酿成事故的重要原因之一,结合现场工程实践,讨论了冲击地压概念、冲击地压机理是否清楚、冲击地压能否预测、冲击地压能否防治以及冲击地压矿井怎么办等行业焦点专业问题,指出冲击地压工程难题是人类与自然界作斗争,需要从业人员客观认知,客观接受并深入研究,成效是显著的。 展开更多
关键词 冲击地压 深部开采 “三高一低” 源头防控 靶向防控 卸压达标 智能防冲
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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
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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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高原深埋钻爆隧道即时型岩爆综合防控技术及应用 被引量：1
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作者 赵勇 田源 +2 位作者 常帅鹏 钟佑明 张景 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第12期2293-2306,I0005-I0018,共28页
为解决我国西部高原区域极高构造应力和复杂地质环境下超大埋深钻爆法隧道硬岩岩爆问题,通过对高原铁路钻爆法隧道即时型岩爆发生时空特征规律的系统性统计分析,构建以“精准探-准确辨-主动控-系统防-长期测-动态管”为核心的全过程、... 为解决我国西部高原区域极高构造应力和复杂地质环境下超大埋深钻爆法隧道硬岩岩爆问题,通过对高原铁路钻爆法隧道即时型岩爆发生时空特征规律的系统性统计分析,构建以“精准探-准确辨-主动控-系统防-长期测-动态管”为核心的全过程、全时域的岩爆综合防控技术体系。分析结果表明:1)高地应力环境是岩爆产生的主要因素,且集中为爆破开挖后8 h内的即时型岩爆,多发生于掌子面附近1倍洞径范围内。2)即时型岩爆隧道主要依据“主动控”和“系统防”相结合的方式进行综合防控,其中,主动控制方式主要包括施作超前应力释放孔、控制光爆效果和开挖进尺、采用钢纤维喷射混凝土和预应力锚杆的锚喷主动支护体系以及型钢钢架和消能防护网一体化施工;系统防护方式包括全工序大型机械化施工、人员和设备防护。 展开更多
关键词 深埋隧道 即时型岩爆 时空特征 综合防控 主动支护
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巷道防冲吸能钢管混凝土拱架支护性能研究 被引量：5
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作者 许海亮 高晗钧 +2 位作者 宋义敏 安栋 郑鑫雷 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期53-62,共10页
针对目前巷道支护中钢管混凝土拱架缺乏可缩让压性能的问题,从吸能让位角度设计了一种防冲吸能钢管混凝土拱架结构。通过Abaqus建立新型钢管混凝土拱架与围岩组合模型,在静载与动载两种荷载状态下,对比分析新型拱架对巷道的支护效果与... 针对目前巷道支护中钢管混凝土拱架缺乏可缩让压性能的问题,从吸能让位角度设计了一种防冲吸能钢管混凝土拱架结构。通过Abaqus建立新型钢管混凝土拱架与围岩组合模型,在静载与动载两种荷载状态下,对比分析新型拱架对巷道的支护效果与抗冲击能力。结论如下:①根据合理的让位阻力特性设计吸能构件壁厚与尺寸,在拱架上部连接处和底弧段中部设置吸能构件,可避免弯曲过大发生失稳。套管形状依据U型钢拱架卡揽结构设置为折纹型,与拱架摩擦实现缩动让压;②在竖向与侧向冲击下,优化后拱架支护巷道各点位移量呈减少趋势,降低了拱架顶弧段下沉与底弧段上拱,支护效果更强;③静载作用下,优化后拱架与吸能构件接触后,拱架各点处塑性应变不再增加,吸能构件代替拱架发生形变。在受到动载后,吸能构件能快速响应,同时拱架两帮拐角发生弯曲变形,其余部分仍未发生明显变形。吸能构件压溃后,拱架整体塑性应变开始增加,最终优化后拱架各点等效塑性应变竖向与侧向冲击下分别降低了10%~50%和13%~78%。 展开更多
关键词 钢管混凝土 吸能构件 防冲设计 巷道支护 冲击地压
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