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基于不规则煤柱应力场特征的冲击地压防治研究 被引量：9
1
作者 杨洋 郝生雷 秦瑞 《煤炭工程》 北大核心 2023年第5期111-115,共5页
针对近距离煤层群开采过程中上煤层开采遗留大量不规则煤柱严重影响下煤层开采的问题,以济三煤矿183下05工作面为研究对象,利用FLAC^(3D)数值模拟软件建立三维数值模型,对上煤层工作面遗留不规则煤柱应力场进行深入研究,分析上煤层遗留... 针对近距离煤层群开采过程中上煤层开采遗留大量不规则煤柱严重影响下煤层开采的问题,以济三煤矿183下05工作面为研究对象,利用FLAC^(3D)数值模拟软件建立三维数值模型,对上煤层工作面遗留不规则煤柱应力场进行深入研究,分析上煤层遗留煤柱形成高应力区对183下05工作面的影响,研究结果表明:在采空区侧向支承压力叠加影响下,三角煤柱区和窄煤柱区应力集中程度较高;随着煤柱宽度减小,应力集中程度进一步增大,冲击危险性相应增加,煤柱易失稳诱发冲击地压;3下煤层工作面开采期间,受3下煤层工作面超前支承压力与侧向支承压力影响,煤柱支承压力增高,并将会引起3下煤层局部应力升高程度进一步升高,煤体将会处于高承压状态,并且工作面开采侧煤柱应力集中程度明显高于采空区侧。通过采取煤体大直径钻孔卸压和顶板超前预裂爆破两种卸压措施,有效降低了该区域的冲击危险性,实现了安全开采。 展开更多
关键词 不规则煤柱 冲击地压 采动应力 煤柱失稳 数值模拟
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煤柱型冲击地压类型、发生机理与防治对策研究 被引量：16
2
作者 张修峰 陈洋 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1-11,共11页
煤柱型冲击地压是近年我国煤炭开采过程中发生的典型冲击地压类型,如何总结煤柱型冲击地压的工程尺度破坏特征、揭示冲击失稳发生机理以及制定科学精准的防冲对策,成为煤矿科技工作人员面临的难题。采用现场调查、理论分析、现场监测等... 煤柱型冲击地压是近年我国煤炭开采过程中发生的典型冲击地压类型,如何总结煤柱型冲击地压的工程尺度破坏特征、揭示冲击失稳发生机理以及制定科学精准的防冲对策,成为煤矿科技工作人员面临的难题。采用现场调查、理论分析、现场监测等方法对我国煤矿3类典型煤柱型冲击地压事故的工程特征和冲击显现特征进行分析,将当前我国煤柱型冲击地压分为应力叠加型冲击地压、切割蠕变型冲击地压和整体失稳型冲击地压3类。分别建立了3类煤柱型冲击地压发生机理的力学模型,揭示了3类煤柱型冲击地压的发生机理,提出了3类煤柱型冲击危险的评估方法和防治对策。其中应力叠加型冲击地压的发生机理为施加在煤柱上的叠加应力超过煤体发生冲击失稳的临界值,煤柱在细微扰动或无条件扰动下发生冲击失稳;整体失稳型冲击地压的发生机理为煤柱弹性承载区煤体承担的载荷超过了其极限承载能力,弹性承载区煤体引发冲击并导致煤柱浅部煤体发生大面积破坏;切割蠕变型冲击地压的发生机理为煤柱在长期高应力状态下支撑能力缓慢降低导致载荷向弹性承载区转移,当弹性承载区煤体载荷超过发生冲击失稳临界值时,将发生大范围煤体冲击失稳。由于我国矿井开采条件复杂,实际生产期间还会遇到很多具有隐蔽性的煤柱型冲击类型,因此在现场冲击地压防治工作中,需要加强对这些隐蔽性煤柱型冲击风险的判识和防治工作。 展开更多
关键词 冲击地压 煤柱 应力叠加 整体失稳 切割蠕变
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深厚表土综放采场应力加载型冲击地压机理 被引量：14
3
作者 张翔 朱斯陶 +8 位作者 姜福兴 张修峰 李士栋 王超 刘金海 陈洋 周涛 李佳洁 朱淳 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期2092-2105,共14页
应力加载型冲击地压是深厚表土综放采场特有的冲击地压类型,其发生机理尚不清晰,导致煤矿面临此类型冲击地压时无法有效防治甚至发生严重事故。以山东巨野煤田赵楼煤矿3304(超前100 m)长时间(持续38 d)冲击预警为工程背景,采用相似材料... 应力加载型冲击地压是深厚表土综放采场特有的冲击地压类型,其发生机理尚不清晰,导致煤矿面临此类型冲击地压时无法有效防治甚至发生严重事故。以山东巨野煤田赵楼煤矿3304(超前100 m)长时间(持续38 d)冲击预警为工程背景,采用相似材料试验、理论分析、数值模拟、现场实测等方法,研究了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压的发生机理,得出了以下结论:由模拟试验和理论分析提出了深厚表土综放采场的覆岩空间运动特征,基于承载基岩初次破断时厚表土的成拱性和延时加载性,推导了厚表土垮落拱和压力拱的轮廓表达式,建立了深厚表土综放采场走向覆岩传递应力估算模型。揭示了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压机理:当承载基岩达到悬露极限发生断裂回转时,厚表土层运动下沉形成土压力拱结构,其上覆巨厚表土层自重通过拱脚传递至煤层中,导致煤壁前方大范围煤层应力在短时间内大幅度持续升高,容易诱发应力加载型冲击地压。数值模拟结果表明深厚表土综放采场承载基岩断裂后,厚表土呈现由下至上渐进式破碎、垮落的运动特征,采场以岩、土接触面为界形成2个压力拱,表土压力拱传递的表土自重导致煤壁前方大范围煤层应力高度集中。现场实测表明应力加载效应发生后采场动载释放水平较低且呈现固定位置的微震集中带,土压力拱的形成将限制表土层快速下沉,工作面位于土压力拱的支点区域进行回采工作,当工作面推过该支点加载区域后,土压力拱破坏导致采场地表整体大幅度下沉。设计并实施了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压的防治方案,包括井下地面联合监测预警、围岩高强度钻孔弱化、显现区域支护体系补强、“监测−卸压”临界推速控制。 展开更多
关键词 冲击地压 深厚表土 应力加载 覆岩结构 垮落拱 压力拱
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层面位置对煤岩组合体动态破坏特性影响规律研究 被引量：2
4
作者 郑建伟 张修峰 +7 位作者 鞠文君 王存文 韩跃勇 李国营 陈洋 李海涛 郝晋伟 刘彪 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期97-105,共9页
【目的】层面位置对煤岩组合体动态破坏过程及力学特性具有重要影响作用,但影响规律尚不清晰。【方法】通过对含有3种层面位置的煤岩组合体(层面分别位于岩石部分上位、中位和下位)开展霍普金森冲击(split Hopkinson pressure bar,SHPB... 【目的】层面位置对煤岩组合体动态破坏过程及力学特性具有重要影响作用,但影响规律尚不清晰。【方法】通过对含有3种层面位置的煤岩组合体(层面分别位于岩石部分上位、中位和下位)开展霍普金森冲击(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验,分析了冲击载荷条件下煤岩组合体动态应力-应变、破坏过程、能量结构、碎块特征的演变规律。【结果和结论】结果表明:(1)煤岩组合体动态应力-应变过程可以分为近似线性阶段、非线性的动态应力-应变阶段、弹性模量降低阶段、宏观破裂阶段、应力波卸载阶段5个阶段。(2)随着层面由上向下布置,岩石部分的破坏程度逐渐增强,破坏过程逐渐剧烈,破坏后的碎块的均匀程度降低,而煤体部分的破坏程度则逐步降低,破碎后的块度逐渐增加。(3)层面的存在会降低煤岩组合体动态抗压强度,与无层面煤岩组合体(平均强度为79.487 MPa)相比,当层面位于上方时,组合体动态抗压强度(平均强度为73.724 MPa)降低7.25%;当层面位于中位时,组合体动态抗压强度(平均强度为61.798 MPa)降低22.26%;当层面位于下位时,组合体的动态抗压强度(平均强度为64.991 MPa)降低18.24%。(4)随着层面位置由上向下布置,能量结构发生变化,反射能占比降低,吸收能占比增加,透射能占比减小。本研究可以为超长孔水力压裂技术或地面压裂技术在大范围处理坚硬顶板工程开展过程中压裂位置的选择提供一定指导。 展开更多
关键词 层面位置 煤岩组合体 动态抗压强度 SHPB 能量结构 水力压裂
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三向应力下支护应力对圆形巷道围岩应力分布规律的影响 被引量：5
5
作者 郑建伟 管增伦 +7 位作者 鞠文君 张修峰 薛珊珊 王帅 李海涛 杨国强 李春元 王之禾 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第3期114-123,共10页
为进一步探究支护应力对圆形巷道应力分布特征的影响规律,建立了考虑三向应力和支护应力条件下的巷道围岩力学模型,推导了巷道围岩煤岩体应力分布的解析方程,借助COMSOL进行了可靠性验证;通过赋值法讨论了13种应力边界(三向应力P_(x),P_... 为进一步探究支护应力对圆形巷道应力分布特征的影响规律,建立了考虑三向应力和支护应力条件下的巷道围岩力学模型,推导了巷道围岩煤岩体应力分布的解析方程,借助COMSOL进行了可靠性验证;通过赋值法讨论了13种应力边界(三向应力P_(x),P_(y),P_(z))及4种支护应力(0.2,1,2,5 MPa)下巷道围岩煤岩体径向应力、切向应力和轴向应力的分布情况。研究结果表明:(1)当水平应力(P_(x))大于垂直应力(P_(y))时,轴向应力随着深距(至巷道表面距离)的增加而增加;当水平应力(P_(x))小于垂直应力(P_(y))时,轴向应力随着深距的增加而降低;(2)当水平应力(P_(x))等于垂直应力(P_(y))时,轴向应力值不变,径向应力随着深距的增加而增加,切向应力随着深距的增加而降低;(3)围岩上的切向应力随着支护应力的增加而降低,过高的支护应力将导致局部拉应力的出现;径向应力随着支护应力的增加而增加;一定程度的支护应力不仅可以使巷道表面围岩从两向应力状态恢复到三向应力状态,同时可以降低切向应力,增加径向应力,降低围岩上的剪应力,均化巷道围岩应力,从而维护巷道的稳定性。 展开更多
关键词 巷道 力学分析 三向应力 支护应力 主动支护 应力均化
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巨野矿区厚表土薄基岩综放工作面微震响应特征 被引量：6
6
作者 殷海晨 刘国磊 +1 位作者 曹安业 王泽东 《煤炭工程》 北大核心 2022年第8期61-66,共6页
针对巨野矿区深厚表土条件下综放工作面基本顶破断产生强动载,诱发强烈矿压显现的问题,采用理论分析、现场试验等方法对单侧采空工作面和大煤柱跳采工作面的微震响应规律进行研究,为强动载与高静载耦合叠加型冲击地压的防治工作提供技... 针对巨野矿区深厚表土条件下综放工作面基本顶破断产生强动载,诱发强烈矿压显现的问题,采用理论分析、现场试验等方法对单侧采空工作面和大煤柱跳采工作面的微震响应规律进行研究,为强动载与高静载耦合叠加型冲击地压的防治工作提供技术依据和经验借鉴。研究结果表明:巨厚松散层在煤层开采后垮落、沉降明显,细砂岩基本顶是动静载叠加冲击风险影响较大的主关键层;工作面超前支承应力峰值区域的采空侧巷道、采空区走向边界、地质构造区域是强微震事件高发区域;留230m煤柱跳采的工作面微震事件数量和能量在倾向上呈偏向采空区一侧分布的双峰型,大尺寸煤柱不能完全阻隔采空区应力传递影响;工作面应保持低强度匀速推采,避免引起基本顶的大规模能量积聚和突发性释放,同时分析微震频次和能级降低情况能预测基本顶后续大规模破断的时机,提前采取专项防冲措施。 展开更多
关键词 厚表土层 薄基岩 关键层 微震监测 综放开采
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近水平煤层井上下微震联合监测技术及应用 被引量：2
7
作者 魏焕伟 陈洋 +1 位作者 韩飞 张坤 《煤炭工程》 北大核心 2023年第7期84-88,共5页
准确探测顶板岩层微震活动位置,尤其是震源垂直定位位置是了解覆岩空间结构特征的重要依据,对实现冲击地压精准防控具有重要意义。受限于软件算法和近水平煤层工作面测站布置方式,井下传统微震监测系统测得微震事件垂直方向定位精度低,... 准确探测顶板岩层微震活动位置,尤其是震源垂直定位位置是了解覆岩空间结构特征的重要依据,对实现冲击地压精准防控具有重要意义。受限于软件算法和近水平煤层工作面测站布置方式,井下传统微震监测系统测得微震事件垂直方向定位精度低,无法满足覆岩结构运移精准监控的需求。鉴于此,在井下微震监测系统的基础上,增加地面监测台站,构成井上下微震联合监测系统,并在石拉乌素煤矿3111盘区开展工程示范。数据分析可知,井上下微震联合监测系统对能量大于1.0×10^(3)J的微震事件监测效果更佳,监测到的微震事件高程平均比井下传统微震监测系统高35.2 m,震源定位结果普遍跟矿井实际条件更加贴合,表明增加地表监测台站可有效提高震源垂直定位精度。研究成果对实现近水平煤层覆岩空间结构精准探测提供经验借鉴和指导。 展开更多
关键词 冲击地压 近水平煤层 联合微震监测 震源 定位精度
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