双煤层不规则煤柱应力—能量演化规律及防冲技术研究

煤矿开采遗留煤柱区域往往是高应力和能量聚集区,多煤层开采条件下,当上部遗留煤柱与工作面煤柱重叠时,多重应力作用下煤柱区应力分布及能量演化更为复杂,工作面回采过程中易发生动力现象。以某矿双煤层开采遗留不规则煤柱区开采为背景,采用数值模拟和工程实践等方法,研究了工作面开采过程中煤柱区的应力分布、能量演化规律,建立了不规则煤柱区冲击危险监测体系,并制定了针对性防冲方案。结果表明:不规则煤柱区应力集中程度受采动影响较高,煤柱内高静载是影响工作面冲击危险性的主要因素;工作面回采临近煤柱时,“双层”煤柱中应变能积聚程度显著高于采空区下单层煤柱;现场微震分析可知,高能事件多分布于煤层中,煤柱为能量积聚释放的主体;钻屑法与应力在线监测结果表明煤柱区域为高应力集中区。根据数值模拟及现场监测结果,提出了煤体大直径卸压方案,并进行了效果验证。     

近距离煤层不规则遗留煤柱下回采巷道围岩稳定性研究

针对近距离煤层不规则遗留煤柱下回采巷道稳定性差、支护困难等问题,以内蒙古某矿20314辅运巷为工程背景进行研究。根据近距离煤层实际开采条件,采用FLAC~(3D)软件模拟研究了上下煤层工作面回采后不规则煤柱下巷道垂直应力变化规律。研究表明:近距离上下煤层工作面回采后,在采空区之间遗留形成的三角型边角岩层区域出现垂直应力集中现象;遗留煤柱下的巷道受到本煤层工作面侧向支承压力与上部残留煤柱支承压力的双重影响,垂直应力大于巷道两帮煤体抗压峰值强度,则巷道出现破坏。     

变区段煤柱工作面诱冲机理及防治技术研究

针对某矿变区段煤柱工作面开采冲击危险性较高的问题,运用数值模拟方法对工作面采掘过程中煤柱区域垂直应力分布规律进行研究,分析了不同宽度区段煤柱应力积聚特征,揭示了变区段煤柱工作面诱冲机理,并制定了“近场-远场”协同卸压方案。研究结果表明,较宽的区段煤柱（30 m和55 m）受采空区侧向支承压力和超前支承压力影响,煤柱应力集中程度较高;受“近场高静载+远场动载”叠加影响,变区段煤柱工作面回采期间易诱发冲击地压;采取近场高承压煤体强卸压+远场高位坚硬顶板超前预裂断顶卸压协同控制方案后,微震能量事件始终维持在104J以下,表明控制方案能够有效降低工作面采掘期间的冲击危险性。     

孤岛充填工作面初采致冲力学机理探讨

孤岛充填工作面由于要控制采空区顶板下沉而导致工作面煤体支承压力分布变得复杂,造成冲击危险性评估方法不同于常规工作面,为了提供充填回收孤岛煤柱采场围岩稳定性分析的理论依据,以山东某矿孤岛充填工作面为背景,通过对孤岛煤柱覆岩结构及演化特征进行研究,建立了孤岛充填开采条件下“充填体-煤柱-顶板”力学模型,得到了充填工作面超前支承压力估算方法,提出了孤岛充填工作面煤体冲击失稳的判据。研究结果表明:① 采空区充填效果决定了上覆岩层下沉运动的空间以及与两侧采空区覆岩发生水平联动的范围,是影响孤岛煤柱覆岩结构演化特征的关键因素;② 受回采巷道切割及大直径钻孔卸压工程的影响,工作面煤体承载能力呈现明显的区域差异性,弹性承载区煤体是上覆岩层传递载荷的主要承载体,工作面开采边界条件和回采巷道布置方式是影响工作面煤体静态稳定性的主要控制因素;③ 充填材料受到采空区顶板下沉运动中压应力作用下发生压缩变形,当顶板和充填材料达到力学平衡时顶板下沉运动终止,充填材料固结体压缩变形量和弹性模量是影响工作面煤体动态稳定性的主要控制因素;④ 决定孤岛充填工作面冲击危险性的关键因素是工作面弹性承载区煤体静态支承压力和采空区顶板下沉量。针对这类冲击地压的致灾机理,通过煤层注水、高压水压裂及优化工作面布置以降低工作面弹性承载区煤体静态支承压力和提高采空区充填率、优化充填材料固结体压缩性能以减小采空区顶板下沉量等措施,可有效降低孤岛充填工作面的冲击危险性。该研究成果可为类似开采条件下冲击地压的防治提供参考。     

上分层遗留煤柱影响下工作面安全回采研究

为研究上分层遗留煤柱对下分层工作面回采的影响,以山东金桥煤矿1304工作面为工程背景,采用FLAC~(3D)模拟软件,研究了煤柱塑性区和支承压力分布及下分层工作面分步回采期间的支承压力演化规律。研究表明:当下分层工作面未采时,两采空区侧向支承压力叠加,在煤柱体边缘形成2个应力集中区,应力集中系数分别为2.2和2.8。煤柱体发生全部塑性破坏形成屈服煤柱,能够支撑覆岩施加的载荷,不易诱发失稳动力灾害。当下分层工作面开采时,煤柱体由两面采空变为三面采空状态,应力集中系数由3.8增至4.5,在强支承压力作用下可能诱发煤柱"蠕-突变"失稳型冲击地压。因此,回采期间应加强煤柱冲击危险监测,并采取大直径钻孔预卸压解危措施。     

遗留煤柱下四面临空孤岛工作面矿压显现规律研究

济宁市金桥煤矿1304工作面为孤岛开采,工作面回采期间左、右、后、上方均为采空区,且上分层留有46 m遗留煤柱,1304工作面回采期间受采空区、遗留煤柱等因素影响较为明显。从1304工作面基本情况着手,通过FLAC^3D数值模拟,重点研究上分层遗留煤柱塑性区分布及1304工作面超前支承压力影响范围,根据数值模拟结果,1304工作面受采空区侧向支承压力影响,煤柱所承受的支承压力峰值逐渐增大,应力集中程度逐渐较高。因此,1304工作面回采过程中压力显现将逐渐明显,结合应力在线系统监测数据,确定1304工作面超前支承压力影响范围在20~50 m,显著影响区域为超前30 m。     

上覆近距离遗留煤柱影响下采掘工作面应力场分析

为研究近距离上层遗留煤柱对下伏煤层工作面开采的影响,现以73_下29工作面为研究对象,根据近距离煤层的实际开采条件,采用理论分析和数值模拟方法研究上层遗留煤柱对下伏煤层工作面采场应力的影响。研究表明：近距离煤层在开采过程中,上层遗留煤柱下方会产生较大的应力集中现象,通过对遗留煤柱影响区域进行数值模拟可知,上层遗留煤柱对回采工作面的巷道围岩应力分布有较大影响。因此,在开采下层工作面时要选择合理的巷道布置参数,加强煤柱影响区的支护强度和矿压监测力度,同时加强人员的安全管理,以保证近距离煤层下伏煤层开采时的有效管理和安全回采。     

上覆煤柱下工作面支承压力分布特征

为研究上覆煤柱下工作面开采支承压力动态变化规律及分布特征,采用FLAC3D软件对下煤层工作面由采空区下向上煤层煤柱下推进过程中煤体垂直应力场进行了模拟。通过对工作面推进过程中走向支承压力、倾向支承压力的动态演化特征分析得出:当工作面在采空区下向煤柱下推进时,随着工作面不断接近煤柱边缘,走向支承压力分布形态由"双峰"变为"单峰",且峰值不断增大。     

不规则煤柱作用下工作面开采的三维数值模拟

通过对三河尖煤矿9202工作面实际开采情况的模拟，分析了近距离煤层或煤层群开采时，上部煤层开采后遗留的煤柱对下部煤层开采的影响.模拟显示下部煤层工作面推进到煤柱下方时形成的应力集中远大于工作面超前支承压力和煤柱引起的支承压力的简单叠加，形成的高应力区极易引发诸如冲击矿压的矿井灾害；指出在近距离煤层或煤层群开采时，要合理布置工作面的位置，根据上部煤层开采的时空关系来合理布置下部煤层工作面的回采巷道，并尽量避免在煤柱正下方采煤.     

浅埋近距离煤层开采超前煤柱群冲击失稳机制

工作面前方遗留煤柱群(后文简称“超前煤柱群”)在采动影响下会发生链式冲击失稳，诱发动载矿压灾害并影响下伏煤层的安全高效开采。揭示超前煤柱群链式冲击失稳机制是浅埋近距离煤层安全开采的根本前提。本文实测分析了元宝湾煤矿房式采空区下伏6107工作面开采的覆岩移动规律，发现了超前煤柱群的回弹变形现象，开展了房式采空区下伏煤层开采的物理模拟实验，研究了房采煤柱群-覆岩的变形破坏特征，分析了采动影响下超前煤柱群回弹冲击失稳的动态过程，揭示了浅埋近距离煤层开采超前煤柱群的冲击失稳机制。结果表明：(1)浅埋柱采区近距离下伏煤层开采过程中工作面前方覆岩呈现出“先短暂回弹后剧烈下沉”的运动特征，即首先存在极短时间的覆岩回弹变形现象，之后出现了部分覆岩的整体破断与垮塌。由此，反推出采动影响下超前煤柱群也发生了回弹变形。(2)柱式采空区下伏煤层开采过程中关键柱在覆岩沉降和超前支承压力的作用下最早出现斜切破坏，引起载荷的转移，加剧邻近部分房采煤柱群的应力集中程度，进而发生链式斜切破坏。在此过程中，覆岩持续沉降，裂隙也不断发育，形成剪切贯通断裂面，发生破断回转，促使超前煤柱群回弹变形与冲击失稳，引发层间岩层的全厚...     

浅谈深部开采冲击地压的预测与防治

可能发生冲击地压的范围:(1)采空区周围;(2)采掘工作面通过上层或上部遗留煤柱及其他应力集中区;(3)石门揭露冲击地压煤层;(4)采煤工作面超前压力影响区;(5)断层或大型地质构造附近;(6)同时开采的2个以上的采煤工作面应力叠加区;(7)邻近煤层或本煤层中开采边界和残留煤柱的影响区;(8)孤岛采煤。     

遗留煤柱对开切眼掘进应力集中影响及冲击地压防治

多煤层开采时,上覆遗留煤柱会造成下层煤体的应力集中,严重时会引发冲击地压灾害。针对鹤岗矿业公司峻德矿21层一段工作面切眼掘进过程中上覆遗留煤柱的实际情况,通过分析17层煤柱载荷作用下应力分布规律,为矿方安全掘进提供了分析数据,提出了有效的开切眼贯通前后卸压措施,保证了工作面的安全开采。     

深部不规则孤岛煤柱区冲击地压机理及防治

针对某矿中央采区深部不规则孤岛煤柱区冲击地压防治问题,基于理论分析、数值模拟、现场实践等方法对煤柱区冲击地压机理进行研究,制定煤柱区煤岩强度弱化减冲方案.基于煤柱区空间覆岩结构特征,辨识不同煤柱尺寸下煤体支承压力分布形态,揭示深部不规则孤岛煤柱区煤体失稳冲击机理.研究表明,孤岛煤柱区在竖向剖面上为非对称"T"型覆岩结构,煤体应力多呈不对称"马鞍形"分布,煤柱为"高应力不规则孤岛煤柱";模拟结果显示孤岛煤柱区支承压力呈不对称分布,煤柱区垂直应力峰值随工作面采空持续升高且逐渐向采区深部转移;制定煤柱区顶板深孔爆破、煤体大直径钻孔卸压的动静载力源降载释能防冲方案,降低了不规则煤柱区煤岩体应力水平,有效避免了深部不规则煤柱区冲击地压的发生.     

孤岛工作面多因素诱发冲击地压成因分析

以金桥煤矿1310工作面孤岛煤柱开采为工程研究对象,逐项分析冲刷带、夹矸带、上覆遗留煤柱诱发冲击的可能性,针对1310工作面进风巷压力显现明显实际,对各因素进行耦合性分析,确定造成进风巷压力显现的主要因素为上覆遗留煤柱宽度及邻近采空区稳沉时间,并对工作面预卸压效果进行了分析,确定卸压钻孔形成的弱化带可有效防止应力集中。为从源头杜绝类似工作面压力显现,防止发生冲击地压事故,提出了超前处理顶板诱发冲击关键层的思路。     

近距离下煤层过遗留煤柱应力集中区研究

在我国,近距离煤层赋存和开采所占比重很大,吕梁矿区木瓜煤矿层间距小于10 m的可采储量占总储量的80%,上煤层已采完,回采工作面间遗留20 m区段煤柱,对下部煤层回采造成一定影响,所以,研究近距离下煤层过遗留煤柱应力集中区具有重要的现实意义。针对木瓜煤矿近距离上煤层采空区、遗留煤柱下巷道维护和矿压显现严重的技术难题,基于近距离煤层上部煤层开采遗留煤柱应力集中会在底板中传递的规律,对下煤层应力影响范围进行了理论计算;并结合10-103工作面的生产技术条件,采用现场矿压监测方法,对工作面上部、中部、下部位置的液压支架监测数据进行分析,采取工作面调斜和加强超前支护措施,对近距离下部煤层过遗留煤柱应力集中区具有一定的指导意义。     

综放开采煤层支承压力分布规律现场实测分析

依据谢桥矿1151（3）综放面开采地质及技术条件，采用钻孔应力计对工作面回采过程中煤柱和工作面煤层及巷帮侧向实体煤的应力进行观测。研究分析表明，在非对称开采条件，回采期间工作面及巷道周围煤层应力分布规律明显不同，煤柱和工作面煤层沿走向在工作面前方存在支承压力峰值，但巷帮侧向实体煤沿走向在工作面前方并不存在应力峰值，其峰值在采空区后方，而煤柱和巷帮侧向实体煤沿倾向均存在应力峰值，邻近工作面煤柱及工作面煤层应力均处于降低区。     

孤岛工作面应力分布规律及防冲技术研究

为了解决孤岛工作面开采因冲击地压影响开采的问题,采取FLAC数值模拟分析不同采空范围条件下围岩应力分布规律。模拟结果表明,采空区的分布决定着工作面支承压力分布形态、峰值大小及影响范围,偏向采空区侧的超前支承压力比实体煤侧相对较高,峰值位置向煤体深部转移,支承压力作用范围广。基于模拟结果与现场实际情况,提出了煤层预注水卸压、大直径钻孔卸压及深孔断顶卸压等综合卸压技术,确保孤岛工作面的安全生产。     

厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压机理及防治

针对呼吉尔特矿区厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压现象,通过现场实测和数值模拟,分析了宽煤柱垂直应力分布特征,通过理论分析,揭示了宽煤柱发生冲击的结构条件;基于冲击地压"三因素"机理,研究了宽煤柱诱发冲击地压机理:在侧向支承压力和工作面采动应力叠加影响下,具有冲击倾向性的宽煤柱应力高度集中,当其达到极限强度发生卸载时,由于煤柱体刚度与顶板岩层刚度相近,造成煤体运动速率很大,呈现冲击地压显现。在此基础上,提出了小煤柱护巷和断顶爆破等措施降低煤柱应力、采用大直径钻孔卸压和煤层注水等措施改变煤体刚度的防治策略,针对311103工作面提出了采取断顶爆破和大直径钻孔的组合防治方法,宽煤柱应力集中程度出现明显降低,防治效果较为显著。     

基于地震CT探测的小庄矿工作面冲击危险性评价及防治

为了探明小庄煤矿40204工作面冲击危险性区域,并划分危险等级,采用PASAT-M型便携式微震探测系统对小庄煤矿40204工作面冲击危险性进行地震CT探测和评价。结果表明,在探测期间40204工作面探测区域内的煤岩层总体处于弱冲击危险等级;采空区侧向支承压力、工作面超前支承压力以及相邻采空区切眼附近"拐角"煤柱的影响是40204工作面冲击危险性升高的主要原因。根据探测结果有重点地开展煤层爆破卸压措施,提升了冲击地压防治效率与效果。     

采空区煤柱失稳诱发下煤层冲击机理研究

以内蒙古某矿冲击地压事故为工程背景,对上煤层采空区遗留煤柱失稳诱发下煤层掘进工作面冲击地压机理进行了研究。通过建立基于覆岩空间结构的煤柱应力模型,对工作面开采前后煤柱稳定性进行了评价,得到了触矸点传递应力和采空区侧向支承压力叠加是诱发下煤层掘进工作面冲击地压的主要原因的结论,并提出了合理的巷道布置区域。研究结果对类似条件下的掘进工作面开采设计及安全生产具有一定的借鉴意义。