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。     

预防冲击地压发生的技术措施

该文针对煤矿冲击地压灾害的发生,分析了在开拓、开采方面的预防措施,对开采保护层、煤层预注水、厚层坚硬顶板处理、爆破及钻孔卸压预防等技术进行了论述,以期对冲击地压灾害防治提供有益的借鉴。     

鄂尔多斯深部矿区冲击地压防治思考

根据国家能源西进战略,鄂尔多斯矿区近年来新建了部分深部矿井,由于缺乏深部开采经验,其在矿井建设阶段未充分考虑冲击地压因素,导致矿井在开采过程中面临冲击地压灾害。通过对鄂尔多斯深部矿区冲击地压显现现场调研,分析了其冲击地压影响因素,提出了鄂尔多斯深部矿区冲击地压研究方向。鄂尔多斯深部矿区受开采深度、煤岩冲击倾向性、顶板特性、区段煤柱以及高强度开采等因素的影响,矿井面临冲击地压灾害。在借鉴中东部深井冲击地压灾害防治的基础上,该矿区冲击地压研究工作取得了一定成果,但仍应在成煤规律、覆岩运动、顶板疏放水诱冲、保护层开采、超大工作面冲击规律以及坚硬煤层卸压等方面进一步研究,从而实现鄂尔多斯深部矿区冲击地压灾害的科学防治。     

人工解放层在冲击地压防治中的应用实践探索

为解决煤层上方坚硬岩层问题，根据煤层上覆岩层赋存情况，确定影响冲击地压的主关键层位高度，确定高位钻场施工层位，由高位钻场施工散射状爆破钻孔至冲击地压主关键层后进行顶板爆破，破坏冲击地压关键层位的完整性，降低关键层位大面积悬顶造成的静载以及其达到极限跨距后断裂、滑移造成的动载。主关键层位爆破形成的破碎带，形成缓冲吸能带，对更高位岩层破断、滑移时产生的能量进行缓冲耗散，从而在根源上消除诱发冲击地压的能量源。     

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。     

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。     

我国东北矿区冲击地压发生特征及防治现状

东北三省是我国重要的煤炭生产基地,随着资源开采进入中后期,矿井开采深度加大,冲击地压事故频发,冲击地压防治工作面临巨大挑战。通过问卷调查和实地调研相结合的方法,分析我国东三省冲击地压目前的发生现状、矿井特征、发生特征、发生类型以及监测预警手段、防控防治方法等,剖析近年来典型冲击地压事故发生诱因,收集汇总矿方与监察部门反映及调研发现的共性问题并给出了建议。结果表明:东北矿区冲击地压发生历程可分为灾害初现、逐步增加、集中爆发和相对平稳4个阶段,矿区现有冲击地压矿井20座,具有煤层埋深大、赋存条件复杂、上覆厚硬顶板、地应力水平高等特征;冲击地压显现具有埋深较大,煤岩具有冲击倾向性和地质构造参与明显等共性特征,发生原因主要归结为上覆坚硬厚层顶板,开采布置不合理和地质构造活化等,近年来东北矿区典型冲击地压事故可划分为深部动静载叠加型和深部高静载加载型;东北矿区冲击地压防控工作开展较早,监测预警手段较全面且多种设备并行监测,但实际应用效率不高;现有冲击地压防治方法偏重局部解危,区域防范的重视与落实需进一步提升。     

南屯煤矿冲击地压防治技术研究与应用

通过对兖州煤业公司南屯煤矿发生冲击地压现象的现状、特点及影响因数分析,结合矿生产实际,提出并制定了适合本矿条件的冲击地压危险预测方法,如煤岩体冲击倾向鉴定、煤层压力一变形观测、数值计算、综合指数计算、煤粉钻孔、电测辐射监测等;解危措施是煤层注水、卸压爆破、钻孔卸压等;解危措施效果检验方法是电磁辐射法和钻屑法,从而建立了适合南屯煤矿冲击地压防治的安全开采体系.     

坚硬顶板邻空巷道掘进冲击地压防治技术

针对徐庄煤矿坚硬顶板条件下邻空侧巷道掘进期间强矿震频发现象,采用理论分析和微震监测方法确定了强矿震事件发生的时间及空间位置,并得出坚硬顶板、采掘扰动、断层构造、煤层厚度变化等因素是巷道掘进期间冲击致灾来源。结合巷道掘进期间地质和开采技术条件,提出针对性的顶板爆破、钻孔卸压及降低掘进速度的冲击地压治理措施,微震监测结果显示:这些措施有效降低了掘进巷道大能量震动的产生,并且巷道矿压显现次数及冲击破坏情况显著降低,保障了巷道的安全掘进。现场实践证明,该综合防治措施对于坚硬顶板条件下巷道掘进期间冲击地压的防治效果明显。     

冲击地压致灾因素及防控技术研究与探讨

该文针对深部开采过程中冲击地压灾害频发的问题,从煤层冲击倾向性及动静组合诱冲角度探讨了冲击地压致灾条件;并总结出以开采解放层、优化巷道布置及采煤工艺为主的防范技术,以及以煤层注水、钻孔卸压、卸压爆破和强制放顶为主的解危治理技术,从而建立了较为完善的冲击地压综合防治体系。     

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。     

深部坚硬顶板厚煤层开采冲击矿压规律及防治技术

以古城矿深部坚硬顶板厚煤层开采为研究背景,分析了2103工作面冲击矿压事故的诱因,总结了矿井冲击矿压的规律,得出了深部厚煤层开采冲击显现更加频繁,事件能量及影响范围更大,以及断层及覆岩活动是诱发冲击矿压的主要因素。同时,指出了深部厚煤层卸压时效较短,并基于矿井实际条件提出了基本卸压措施和补强卸压措施。以大直径钻孔、煤体及顶底板爆破等技术手段,对巷道及工作面采取相应的卸压措施,以钻屑法为点检测手段验证卸压效果。现场实践表明,该措施能够有效防治冲击矿压,降低了冲击事故的发生。     

开采扰动下逆冲断层滑动面应力场演化特征

复杂地质构造与煤矿冲击地压关系密切,也是世界范围内煤矿安全开采的重要课题,断层滑移失稳诱发冲击地压的机理及前兆信息是煤炭安全高效开采的理论前提和重要保障。工作面开采扰动时,以断层滑动面上应力场演化特征为研究对象,通过相似模拟和数值模拟,研究断层滑移失稳时的前兆信息。以义马千秋矿21221工作面为工程背景,建立了F_(16)逆冲断层赋存条件下的水平加载相似材料模型,运用应力监测和声发射监测的手段,分析了开采扰动下断层滑动面切应力的动态演化特征,研究了工作面开采过程中断层面上声发射事件数的分布规律;通过建立断层赋存条件下的工作面开采的数值模型,研究了断层区域岩层裂隙发育情况,分析了断层滑移失稳时切应力分布和能量释放的动态演化特征;通过相似模拟和数值模拟中应力场、声发射和能量场的分布规律,总结了断层滑移失稳的前兆信息。研究结果表明:断层滑动面切应力和声发射分布特征表现出3个不同的阶段,即水平载荷施加阶段,工作面开采阶段和断层滑动失稳阶段。载荷施加阶段,断层滑动面不断积聚能量,声发射事件数激增;工作面开采过程中,断层频繁受开采扰动,正应力与切应力两者变化不同步。开采初期,正应力处于较大值而切应力较小。随着工作面的开采,正应力与切应力的变化情况相反,正应力逐渐降低,切应力逐步增大。工作面接近断层时,断层滑动面切应力表现为逐步降低的过程中陡然增加的特征;断层滑动前期,断层构造在失稳前仍然积聚大量应变能,声发射事件数出现较少或者缺失的现象;当岩层垮落诱发断层滑移失稳时,能量在不断释放;断层区域内声发射事件数则在近似恒定不变时突然激增。断层滑移失稳前声发射数较少或恒定不变与微震监测中的"缺震"现象较为吻合,即微震事件数在断层滑移失稳前或冲击地压发生前突然出现减少,发生后激增的现象。因此,断层滑动面应力和声发射事件数的激增变化特征可作为断层滑移失稳的前兆信息。     

分层开采时断层滑动位移演化特征研究

本文结合义马煤田地质构造,以千秋矿21221工作面为工程背景,进行了采动影响下断层滑移失稳相似模拟实验研究,探究了煤层分层开采扰动对断层滑移失稳的影响特征规律。结果表明,煤层上分层开采时顶板已发生较大程度的松动及离层现象,下分层开采时,顶板岩层进一步发生垮落现象,下分层开采扰动引发上覆岩体垮落范围更大,使断层周围位移变化更强烈、上下盘错动更明显、煤岩体中积聚的应变能峰值更高;同时,断层滑移滞后于煤岩体中应变能的剧烈释放,应变能峰值"突降"现象可作为判断断层滑移失稳的前兆;煤层下分层开采较上分层开采时能量剧烈释放的时间更早,更易诱发冲击地压灾害的产生。     

浅埋深坚硬顶板工作面冲击地压微震时空前兆信息特征

为提高冲击地压矿井现场防冲措施实施的针对性,以宽沟煤矿B2煤层I010203工作面为工程背景,研究其历次矿压显现事件发生前后的微震监测信息时空演化规律.结果表明:I010203工作面矿压显现事件震源位置受上层"刀把型"采空区边界影响,具有阶段性特征,且主要集中于工作面中下部、 区段煤柱和侧向采空区围岩,垂向上大多位于煤...     

煤层巷道冒顶机理与预警方法

顶板灾害是我国煤矿各类灾害中发生频率最高和死亡人数最多的灾害,当前绝大多数顶板灾害事故发生在巷道,尤其是受采动影响的煤层巷道。在分析巷道冒顶事故与围岩体环境之间关系基础上,将煤层巷道冒顶分为围岩主导型和应力主导型两大类型,揭示了裂隙危岩坠落、松散岩体冒落、弱黏结复合顶板垮落、大变形巷道蝶叶型冒顶等煤层巷道冒顶的机理与成因;在此基础上,提出了巷道冒顶隐患分阶段多层次的全时预警方法与机制,即设计阶段的冒顶隐患远期风险评价、巷道掘进施工阶段的随钻预估、服务周期内的长时临界预警,开发了岩层结构随钻探测仪、顶板多点位移监控器、锚杆锚索工况监测报警仪等用于长时和临界预警的仪器设备,形成的煤层巷道冒顶机理和预警方法与仪器设备将为顶板事故预报预防提供理论支撑和技术保障。     

近距离煤层水力压裂切顶卸压护巷技术研究

针对近距离煤层底抽巷在上部工作面采动后处于高应力状态而难以维护的问题,开展了水力压裂切顶卸压护巷技术研究,得出:工作面采动后坚硬厚顶板易形成较长时间跨度的悬顶效应是底抽巷压力显现的关键因素;水力压裂消除或减弱了坚硬顶板形成的悬顶效应,提高了采空区上覆岩层冒落性,改变了煤柱中应力分配比例,改善了底抽巷应力状态;现场采用同孔多段分次后退式水力压裂技术,结合跨式钻孔封隔器,在顶板坚硬岩层中形成明显的人工裂缝,缓解了底抽巷围岩应力集中,降低了底抽巷的维护难度,取得了良好的效果。     

高强度开采工作面煤岩灾变的推进速度效应分析

高强度开采工作面煤岩灾变存在冲击特征,采场围岩控制困难。采用室内试验、理论分析及数值模拟等综合研究方法,分析高强度开采条件下煤岩变形破坏和围岩应变能分布特征,并揭示采场煤岩动力灾变发生机制。研究表明：煤岩属于率相关材料,随着加载速率的提高,受压煤岩破坏形式由静态变为动力破坏,在后破坏阶段,存储于煤岩中的应变能降低形式以塑性功耗散转变为整体破坏后的快速释放,破坏用时减小;随着工作面推进速度提高,煤壁前方煤体中最大主应力加载速率和最小主应力卸载速率均增大,浅部煤体应变能密度升高,致使围岩发生动力灾变概率和危害程度升高;基本顶突然断裂和滑落,将贮存于顶板中的应变能快速释放并向下位煤岩传递,使煤层中应变能密度迅速升高,促使煤岩发生动压冲击性煤壁破坏;基本顶断裂前、后,煤体中应变能密度峰值点之间距离为超前段回采巷道动力灾变危险区,是采场围岩控制的重点区域。     

冲击地压工作面瓦斯异常涌出原因分析及防治技术

针对冲击地压工作面瓦斯异常涌出问题,在统计分析多个冲击地压工作面瓦斯涌出异常诱发因素基础上,研究了冲击地压工作面瓦斯异常涌出原因分析及防治技术。分析结果表明:冲击地压工作面瓦斯异常涌出影响因素主要有煤岩固有冲击属性、瓦斯含量（压力）、开采深度、坚硬顶板、地质构造、开采技术条件等。冲击地压工作面异常涌出防治技术是在开采过程中实施钻孔卸压、顶板预裂爆破、煤层注水、深孔爆破、瓦斯抽采、强化支护、综合监控监测及安全防护等措施,降低冲击地压及伴生瓦斯异常涌出危险。研究结果在宽沟煤矿I010202工作面实施应用,取得了良好的效果,确保了工作面的安全回采。