急倾斜特厚煤层巷道非对称变形机理

针对急倾斜特厚煤层回采巷道出现的非对称变形破坏,采用现场实测、力学建模计算及数值模拟揭示了急倾斜煤层巷道开挖后非对称变形破坏机理,分析了巷道开挖后应力场及塑性区分布特征,提出了可缩性U型钢与非对称性预应力锚杆(索)支护的全新支护加固方案。研究表明:① 巷道非对称破坏表现为坚硬岩层侧帮部沿层理下沉、滑移、内扩,煤体侧帮部挤出帮臌;坚硬岩层侧顶部下沉量大于煤体侧,巷道中轴线偏向煤体侧;② 巷道发生非对称的变形机理为:在非均布载荷的作用下,巷道两侧肩角支座反力的倾角及大小发生变化,坚硬岩层侧支座反力大于煤体侧,倾角为煤体侧大于坚硬岩层侧,坚硬岩层侧帮部在小角度大应力作用下沿层理滑移、下沉、内扩,煤体侧帮部在近乎垂直角度作用力下使帮部煤体挤出帮臌;③ 巷道从坚硬岩层侧向煤体侧弯矩一直增大,剪力呈现为先增大后减小再增大的趋势,且在二次增大时方向改变,方向改变处即为巷道轴线向煤体侧的偏移位置,轴力呈现为抛物线形式的先减小后增大,在非均布载荷作用下的巷道最优合理断面即为“非对称三铰斜拱”;④ 提出可缩性U型钢与非对称性预应力锚杆(索)支护,重点加强巷道煤体侧帮部及坚硬岩层侧顶部支护。     

基于物理模拟的断层区煤岩体破损空间演化规律

断层区开采扰动下煤岩体破损演化复杂,基于清水营煤矿地质特征构建物理相似实验模型;集成声发射、覆岩变形监测、热红外成像等实验手段,研究了断层区域煤岩体结构在开采扰动下断层上下盘运移、破坏特征及应力应变空间演化规律。研究表明:受剪切滑移诱发断层活化的距离为20 m;过断层期间,受采动影响断层区覆岩结构呈"弧形拱"破坏,垮落高度在12~18m(平均高度15 m)、断裂带高度约75 m;断层内外声发射特征差异性显著,断层下盘覆岩受开采扰动,向采空区滑动,顶板来压剧烈,呈高应力集中载荷,声发射AE信号活跃,能率和事件数分别达到704 977.96和25 370。     

碱沟煤矿急倾斜特厚煤层冲击矿压机理及防治措施研究

以碱沟煤矿为背景,研究了急倾斜特厚煤层水平分段开采条件下,顶板破断发生冲击矿压的机制,确定了顶板应力集中区域和潜在震源位置。将顶板简化为悬臂梁,推导出顶板弹性能计算公式,揭示了坚硬厚顶板发生冲击矿压的能量积聚机制。提出了人为断顶减小顶板悬臂长度,以减少顶板冲击能积聚,从而防治顶板发生冲击矿压。断顶防冲思路及断顶方案现场成功实施,控制了顶板应力集中及能量积聚,有效防治了顶板冲击矿压灾害。     

急斜煤层残留高阶段煤柱动力失稳机理研究

针对乌东煤矿急斜特厚煤层综放工作面覆层残留高阶段煤柱动力失稳问题,采用变形失稳理论构建了覆层残留高阶段煤柱动力失稳力学模型,运用数值模拟分析了上覆高阶段残留高阶段煤柱动态失稳过程及应力演化规律,揭示了覆层残留高阶段煤柱动力失稳机理,提出了覆层残留高阶段煤柱诱发失稳防治措施,开展了基于微震监测的动力失稳防治效果评估。结果表明:急斜特厚煤层综放工作面推近及推过高阶段煤柱过程中形成的应力持续性高度集中是诱发动力失稳产生的力源;工作面前方的应力增高区与煤柱形成的应力集中区产生叠加效应,应力集中系数最高达到3.7倍;将距高阶段煤柱不同位置时工作面前方支承压力峰值划分为3个区域(平稳区、过渡区、叠加区),确定高阶段煤柱诱发动力失稳危险区在煤柱前方0~60 m。动力失稳防治实践表明:采取煤岩注水、卸压爆破耦合致裂措施对上覆残留高阶段煤柱解危,利用微震监测系统完成解危效果评估,保障工作面安全通过了上覆残留高阶段煤柱的危险区域。     

乌东煤矿近直立煤层不同卸压方案效果对比研究

为研究爆破孔布置方式对近直立煤层爆破卸压效果的影响,在乌东煤矿+450水平B3+6煤层综放工作面实施了“深孔为主、浅孔为辅”、深浅孔交替布置、“浅孔为主、深孔为辅”三种卸压爆破方案,试验结果表明：浅层岩体爆破孔加密后,微震日均能量和频次明显下降,工作面附近区域应力集中减弱,卸压效果提升|与以深层岩体孔为主相比,深浅孔交替布置和浅层岩体孔为主的阶段卸压工程对降低工作面应力更有效,其中深浅孔交替布置区域降压更加明显。研究成果对于进一步做好冲击地压防治工作具有一定的指导意义。     

基于地音监测的近直立煤层冲击地压前兆特征研究

为了解决近直立煤层冲击地压监测预警的难题,以乌东煤矿近直立煤层为工程背景,研究+450水平B3+6综放工作面历次冲击地压前后地音事件能量和频次的演化规律,识别冲击地压前兆信息。结果表明:冲击地压造成的巷道破坏位置主要集中在超前工作面0~200m,且B6巷破坏程度大于B3巷,破坏形式以帮鼓为主,冲击地压主要影响因素为B6巷顶板岩层以及B3+6和B1+2煤层之间的岩柱;在冲击地压发生前,地音事件活动性经历一个平静期向强烈期过渡的过程;地音活动性由平静向强烈突然转变的现象可以作为冲击地压前兆信息。     

近直立煤层冲击地压微震监测前兆信息规律研究

以乌东煤矿近直立煤层+450水平B3+6综放面为工程背景,对冲击地压发生前的微震事件时空演化规律展开研究,旨在识别近直立煤层冲击地压前兆信息,建立了反映煤岩体能量释放异常程度的微震能量和频次偏差值指标,分析了冲击地压发生前微震能量、频次、偏差值及空间分布的演化规律。结果表明：冲击地压发生前,每日微震累计能量会剧烈波动并下降到一个较低值,微震频次则出现急升急降的变化,微震能量偏差值往往出现较高值,该值一般大于20,微震频次偏差值会经历一个峰值,该峰值大于0.8|微震事件在空间上向回采工作面集中,且大能量事件增多。研究结果对B3+6综放面及类似近直立煤层的冲击地压监测预警具有一定的借鉴意义。     

坚硬顶板超前深孔预裂爆破类型及效果评价分析

为验证不同爆破方式对岩体裂隙发育及顶板冒放性情况，以宽沟煤矿I010203工作面为工程背景，开展坚硬顶板深孔预裂爆破技术研究，采用理论分析、数值模拟、现场试验、监测分析等研究方法分析多巷爆破类型对冲击地压的影响。根据不同爆破位置及先后顺序进行工程类型划分，提出5种爆破类型，模拟分析与现场实践3种类型。得出以下结论：(1)依据理论分析确定深孔预裂爆破参数，顶板处理高度40 m，炮孔间距10 m，呈扇形布置；(2)分析对比不同方案裂隙度发育情况，煤体内部裂隙破碎范围明显大于岩体内部，“反三角型”爆破破裂体积远大于其他类型，优于其他爆破类型；(3)根据现场效果分析，“斜一字型”进一步加剧非爆破区域内微震事件聚集区的煤体应力集中程度和顶板活动强度，大能量事件的发生频次增加；“一字型”能够起到降低非爆破区域内微震事件聚集区的煤体应力集中程度的效果，但对聚集区的消除和转移效果不明显；“反三角型”有效降低爆破区域和非爆破区域的顶板活动强度和煤体应力集中程度，大能量事件的发生频次降低，确定了最优超前深孔预裂爆破顺序，降低了工作面发生冲击地压的危险性。