中国综放开采技术发展历程及其展望

我国自1984年引进综放开采技术,经过30多年的蓬勃发展,综放开采技术已经成为当前我国厚煤层开采的主要方法。系统总结了我国30多年来综放开采技术的发展历程与现状,详细介绍了综放开采技术的技术与经济优势,最后指出了综放开采存在的问题及发展方向。     

煤体卸压爆破参数正交试验优化设计研究

为研究巷道帮部深孔爆破的卸压效果,运用数值模拟方法开展巷道帮部深孔爆破L18(36)正交试验研究。以巷道帮部围岩应力转移、巷道近场应力和巷帮变形为主要考察指标,综合考虑煤体的物理力学性质、装药结构、装药量、爆破孔直径、爆破孔深度和爆破孔间距6项爆破效果影响因素。试验结果表明:煤体的物理力学性质对于爆破效果起到主控因素,其次为装药量与爆破孔直径;通过正交试验和二次完全试验得到影响因素最优组合"3~#煤、8 kg装药量、90 mm孔径、15 m孔深、3 m孔间距、不耦合系数4",对该组合开展的模拟分析发现卸压效果明显,应力降低幅度最大约为34.2%。研究初步结论为煤巷帮部卸压提供了理论依据,对现场工程实践具有一定指导意义。     

孤岛面开采强矿震异常区的被动声波探测技术及应用

针对鲍店煤矿103上05孤岛面综放开采面临的高应力集中与强矿震威胁,论文在分析声波波速与加载载荷的关系基础上,建立了基于矿震被动声波探测的孤岛面开采矿震异常区评价方法,提出了采用P波波速异常与波速梯度异常2个指标进行采动应力集中程度的评价,并给出了判别标准,最后开展了现场实践。研究表明:P波波速与应力场具有正相关特性,103上05孤岛工作面临近小采空区侧常出现高波速与高波速梯度异常区,与后续开采阶段的强矿震异常区基本重合。实践证明该方法能够对孤岛面开采强矿震危险性与危险区域做出有效动态评价,强矿震活动的预警准确率较高。矿震被动声波探测技术提升了煤矿强矿震、冲击矿压等煤岩动力灾害的微震识别水平。     

巷道底煤厚度对矿震诱发底鼓冲击研究

基于FLAC2D数值模拟软件分析巷道底煤厚度对矿震诱发底鼓冲击的动态响应规律。结果表明:随着底煤厚度的增加,动力扰动下巷道底板水平应力峰值先升高后降低并逐渐向底板深处转移,底板垂直位移峰值、塑性区深度及最大能量密度均呈非线性增加,且增加趋势越来越弱,并趋于稳定;动力扰动下特厚煤层巷道极易发生底鼓冲击动力灾害,动力效应明显;现场矿震演化规律分析验证数值模拟结论的合理性。研究成果可为特厚煤层巷道底冲击矿压防治提供借鉴。     

煤矿褶皱构造区冲击矿压震源机制

为实现对褶皱构造区冲击矿压震源机制的有效分析,基于震源机制矩张量反演方法,在优化震动波远场位移及破裂面产状求解方法的基础上,对甘肃华亭矿区砚北煤矿250204工作面回采期间冲击矿压震源破裂类型、破裂面产状及视应力等地震学参量进行系统分析,揭示了砚北煤矿褶皱构造区冲击矿压震源机制。研究结果表明:工作面回采扰动影响下,褶皱构造区冲击矿压震源破裂类型以拉张破裂为主,其矩张量以非双力偶部分占主导,表现为水平挤压构造应力、超前支承压力共同作用下煤岩体的应力释放;震源破裂面产状有明显分化趋势,小倾角(35°)震源破裂面走向多垂直工作面推进方向,而大倾角(35°)震源破裂面走向多平行于工作面推进方向且倾向实体煤一侧;褶皱构造区冲击矿压震源辐射能量和地震矩基本分布在一包络线内,随震源辐射能量增大,其地震矩大小分布更加集中;通过震源视应力计算,得到了回采扰动下工作面及其周边应力演化情况,与冲击矿压震源时空分布及巷道冲击显现结果基本吻合。     

单轴受载下岩体破裂演化特征的声发射CT成像

 岩石受载下的内部破裂演化特征对于研究岩石破坏机制具有重要意义。将声发射(AE)与CT成像技术相结合,对3种不同加载速率下的泥岩试样进行声发射CT反演计算,分析各加载阶段波速分布特征,探究波速演化与岩样宏、微观破裂的关系。研究结果表明：(1) 在加载初期,岩样内部波速范围变化较小,波速异常区面积较小且分布较为零散;随着载荷增加,波速范围不断增加,同时波速异常区面积也在不断扩大;临近破坏阶段,波速范围进一步增加,其低波速区也逐渐形成大面积贯通。(2) 岩样实际宏观破裂位置与低波速区及波速异常丰富区位置吻合,说明临近破坏阶段,岩样内部微裂隙的大量萌生发育使低波速区快速扩展贯通,同时微裂隙周围的岩石颗粒因受挤压而呈现出高波速状态。(3) 受载初期,岩样内初始微裂隙发育萌生位置与低波速区大致吻合;随载荷增加,大量微裂隙开始在低波速区与波速异常丰富区聚集、延伸;在临近破坏阶段,微破裂密集区扩展贯通,其所处区域与岩样破裂位置大体一致。(4) 反演计算调整前后的AE事件整体分布特征保持一致,证明了初始AE事件定位的准确性及声发射CT成像的可靠性。     

微震信号随能量的变化特征——以张小楼井为例

微震信号能反映煤岩体损伤破坏程度,可作为冲击矿压监测及预警依据。基于快速傅立叶变换对微震信号进行时域与频域转换分析,揭示了不同能量级别微震信号及频谱特征差异。研究表明:不同能级下的微震信号波形和频谱特征存在较大差异,高能量矿震信号振幅较大,频率较低,且分布相对集中,震动持续时间长,衰减较慢。研究不同能量级别的微震信号频谱特征为深入揭示冲击矿压能量释放机理提供了参考。     

基于区域划分与主控因素辨识的冲击危险性评价方法

冲击矿压机理复杂,影响因素众多,不同区域内冲击矿压影响因素种类及其权重往往存在差异。为提高冲击危险性评价的准确性与针对性,提出一种基于区域划分与主控因素辨识的冲击危险性评价方法。以砚北煤矿250204工作面为研究对象,该工作面受特厚煤层、褶曲构造、采掘干扰、煤层倾角、开采深度等因素综合影响,存在严重冲击矿压威胁。研究结果表明:(1)煤层厚度、倾角及开采深度仅在局部区域对冲击危险性存在明显影响;向斜构造及采掘干扰与矿震事件分布的相关性最为密切,对冲击危险性影响强烈;(2)依照各因素的影响范围与变化趋势,进行工作面区域划分,构建基于层次分析法(AHP)的冲击矿压影响因素权重评价体系,辨识各影响因素间的权重差异;(3)构建基于因素权重差异的冲击危险指数,定量描述区域内冲击危险程度。经检验,250204工作面整体冲击危险性指数分布与矿震定位拟合程度高达92.6%,证明了评价结果的准确性。     

不同应变率下岩石破裂与声发射响应特征研究

为揭示冲击倾向性砂岩在不同应变率条件下的损伤演化规律,基于MTS岩石力学试验系统与PAC声发射信号采集系统,试验研究了不同单轴应变率作用下岩石损伤演化与声发射参量响应特征。研究表明,随着加载应变率增加,岩样极限强度明显提升,峰值强度对应应变值整体降低,达到峰值强度所需时间随应变率呈幂函数减少。应变率与AE累计撞击数、事件数、振铃数之间具有显著的负幂函数关系;相反,应变率越高,微裂隙在发育、扩展过程中所释放的AE平均能量越高。