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弱化浅层岩体防治急倾斜特厚煤层冲击地压研究

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采矿与岩层控制工程学报 2024年第3期6卷 16-29页

作者：钟涛平李振雷何学秋宋大钊胡旭聪刘旭东周超北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 新疆工程学院新疆煤矿灾害智能防控与应急重点实验室新疆乌鲁木齐830023 国家能源集团新疆能源有限责任公司新疆乌鲁木齐830027

急倾斜特厚煤层受其特殊的地质、应力和开采技术条件影响,冲击地压防治方法与一般煤层存在较大差异。将理论推导、数值模拟、现场监测等方法相结合,研究了急倾斜特厚煤层的岩层弯曲和煤层能量积聚特征,提出了弱化浅层岩体防治急倾斜特... 详细信息

急倾斜特厚煤层受其特殊的地质、应力和开采技术条件影响,冲击地压防治方法与一般煤层存在较大差异。将理论推导、数值模拟、现场监测等方法相结合,研究了急倾斜特厚煤层的岩层弯曲和煤层能量积聚特征,提出了弱化浅层岩体防治急倾斜特厚煤层冲击地压的方法,得到了防冲关键参数,并进行了工程应用。研究结果表明,急倾斜特厚煤层岩层弯曲时内部岩体破裂释放能量是动载的主要来源,采空区两侧围岩转移、传递至煤层的水平集中应力是静载和能量积聚的主要来源;防治急倾斜特厚煤层冲击地压应弱化工作面浅层岩体的应力传递能力,来降低传递至工作面的动载扰动强度以及转移、传递至煤层的水平集中应力。基于此提出了通过浅孔爆破措施弱化急倾斜特厚煤层浅层岩体的防冲方法。现场工程应用表明,矿井补强浅孔爆破后,工作面微震事件总能量降低了42.38%、总数量增大了471.74%,说明工作面的能量释放由大能量剧烈释放逐渐转为小能量平缓释放,且未再发生过冲击显现,冲击地压危险得到有效控制。研究成果可为类似条件矿井防治冲击地压提供参考。

关键词：急倾斜特厚煤层冲击地压应力传递岩体爆破微震能量

急倾斜特厚煤层坚硬煤岩体诱冲机理及控制技术研究

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急倾斜特厚煤层坚硬煤岩体诱冲机理及控制技术研究

作者：刘伯伟西安科技大学

学位级别：硕士

急倾斜特厚煤层坚硬煤岩体在采动影响下失稳破坏诱发冲击地压是现阶段乌鲁木齐矿区急倾斜煤层进入深部开采后面临的主要问题之一。乌东煤矿北采区地质构造及煤层赋存条件复杂,在构造应力作用下坚硬煤岩体积聚大量弹性能,并在回采过程中... 详细信息

急倾斜特厚煤层坚硬煤岩体在采动影响下失稳破坏诱发冲击地压是现阶段乌鲁木齐矿区急倾斜煤层进入深部开采后面临的主要问题之一。乌东煤矿北采区地质构造及煤层赋存条件复杂,在构造应力作用下坚硬煤岩体积聚大量弹性能,并在回采过程中裂隙逐渐发育最终失稳破坏进而释放大量能量,导致冲击地压事故频发。本文通过现场地质条件调查、室内岩石力学实验、物理相似模拟实验、理论分析、数值计算和现场工程实践相结合的研究手段,对急倾斜特厚煤层坚硬煤岩体诱冲机理及控制技术进行了研究。以乌东煤矿北采区为研究背景,通过现场地质调查发现:乌东煤矿北采区以水平构造应力场为主,煤岩体积聚的弹性能随采深的增加而增大,容易诱发冲击地压事故;通过岩石力学实验得出了相关物理力学参数和43#、45#煤层及其顶底板均具有弱冲击倾向性的结论。基于微震设备实时监测的物理相似模拟实验揭示了急倾斜坚硬煤岩体在回采过程中能量演化分布规律,确定了能量释放的核心区域,并结合现场调研结果对北采区临界深度进行了划分;通过b值特征曲线对未回采水平的冲击风险性进行了预警。通过三维数值计算软件,掌握了急倾斜工作面开采技术参数(段高、开采顺序、推进速度)对坚硬煤岩体诱发冲击地压的影响规律并分别对其进行差异化分析,结合物理相似模拟实验,揭示了北采区深部开采条件下急倾斜坚硬煤岩体诱冲机理,确定了弹性能“积聚-传导”效果优的开采参数,从致灾源头防控冲击地压。在选取合适的开采参数从源头调控冲击地压的基础上,现场辅以顶板浅孔注水、深孔爆破技术相结合的措施,综合防治冲击地压,并通过钻孔电视和瞬变电磁对防治效果进行检验。研究成果有效缓解乌东煤矿北采区冲击地压显现的问题,同时对类似条件的急倾斜特厚煤层的安全高效开采具有重要借鉴意义。

关键词：急倾斜特厚煤层冲击地压能量演化规律开采参数灾害防治

急倾斜特厚煤层多分层同采巷道冲击地压成因及控制技术研究

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采矿与安全工程学报 2019年第2期36卷 280-289页

作者：鞠文君郑建伟魏东孙刘伟李文洲天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采设计研究分院北京100013 中国华能集团北京100031

以甘肃华亭煤矿601,602回采工作面冲击地压回采巷道为研究背景,通过现场原岩应力场测量以及上覆围岩结构的力学分析,确定冲击地压发生的力源主要是向斜构造应力场与多分层同采导致的叠加应力场形成的复合应力场,上覆岩层"悬臂梁"结构失... 详细信息

以甘肃华亭煤矿601,602回采工作面冲击地压回采巷道为研究背景,通过现场原岩应力场测量以及上覆围岩结构的力学分析,确定冲击地压发生的力源主要是向斜构造应力场与多分层同采导致的叠加应力场形成的复合应力场,上覆岩层"悬臂梁"结构失稳导致的冲击载荷是诱发冲击地压发生的结构性动力因素;基于此,提出以"错峰调压+爆破切顶+强力支护"为核心的急倾斜特厚煤层分层同采巷道冲击地压控制技术,通过错峰调压来降低回采巷道围岩煤岩体受超强采动影响造成的应力集中程度,爆破切顶控制上覆岩层"悬臂梁"结构的形态,强力支护使回采巷道围岩煤岩体与支护材料形成具有"高强度、强让压、整体性"支护体系。最后确定华亭煤矿同采工作面不宜超过2个,回采工作面间的错距不得小于500 m;在602工作面回风巷道布置钻孔应力计对爆破效果进行检验,结果表明巷道围岩煤岩体内部的集中应力在措施后呈阶段性降低的趋势,从而认为该控制技术可有效防止急倾斜特厚煤层分层同采导致的冲击地压灾害的发生。

关键词：急倾斜特厚煤层冲击地压多分层同采爆破切顶强力支护

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急倾斜特厚煤层水平分层开采矿压特征

煤炭学报 2006年第5期31卷 558-561页

作者：鞠文君李前魏东戴华阳北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 甘肃华亭煤电股份有限公司甘肃平凉744100 天地科技股份有限公司开采所事业部北京100013 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083

运用相似材料模拟、数值模拟、现场实测等研究手段,对急倾斜特厚煤层分层开采的矿压特征进行了研究,初步揭示了急倾斜特厚煤层开采顶板岩层移动的复杂性、周期来压的双重性、陷落区的叠加性和动态性、应力场和位移场的不均衡性等特有规... 详细信息

运用相似材料模拟、数值模拟、现场实测等研究手段,对急倾斜特厚煤层分层开采的矿压特征进行了研究,初步揭示了急倾斜特厚煤层开采顶板岩层移动的复杂性、周期来压的双重性、陷落区的叠加性和动态性、应力场和位移场的不均衡性等特有规律,分析了巷道支护困难、易底臌、动力冲击等矿压现象的原因.

关键词：急倾斜特厚煤层水平分层开采矿压显现岩层移动

急倾斜特厚煤层水平分段开采老顶断裂力学模型

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煤炭学报 2008年第6期33卷 606-608页

作者：鞠文君李文洲北京交通大学地下工程研究中心北京100044 煤炭科学研究总院开采设计研究分院北京100013

通过对急倾斜特厚煤层水平分段开采老顶破坏特点的分析,建立了老顶沿倾斜方向悬臂梁断裂的力学模型,推导得出老顶岩层悬臂梁能量表达式,提出了爆破断顶矿压防治技术,并在甘肃华亭煤矿试验成功.

关键词：急倾斜特厚煤层水平分段综放开采悬臂梁结构爆破断项

急倾斜特厚煤层综放工作面采场运移与巷道围岩破裂特征

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煤炭学报 2013年第8期38卷 1312-1318页

作者：王宁波张农崔峰曹建涛来兴平中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 西安科技大学能源学院陕西西安710054 教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054

急倾斜煤层的赋存环境及水平分段综放的开采方式加剧了综放工作面采场结构与应力演化的复杂性,增加了综放工作面稳定性评估的难度,为此采用多手段联动的方法对煤岩体结构与巷道围岩破裂特征进行综合探测。通过急倾斜煤层综放工作面覆岩... 详细信息

急倾斜煤层的赋存环境及水平分段综放的开采方式加剧了综放工作面采场结构与应力演化的复杂性,增加了综放工作面稳定性评估的难度,为此采用多手段联动的方法对煤岩体结构与巷道围岩破裂特征进行综合探测。通过急倾斜煤层综放工作面覆岩结构与应力分析巷道围岩产生分区破裂的力源条件;基于钻孔应力监测、声波探测、光学钻孔摄像等监测方法,获得了巷道围岩质量与离层区分布位置,钻孔内壁裂隙发育程度、裂隙数量与长度以及动态破裂演化特征。综合分析表明:急倾斜特厚煤层巷道围岩破碎具有分区分布特征,顶板与两帮裂隙呈现不规则的分区演化特征,裂隙区与完整区交替出现,煤体侧巷道帮的裂隙分布区域大于岩体侧。

关键词：急倾斜特厚煤层声波探测光学摄像分区破裂动态演化

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急倾斜特厚煤层巷道非对称变形机理

煤炭学报 2018年第11期43卷 3007-3015页

作者：陈建强闫瑞兵刘昆轮神华新疆能源有限责任公司新疆乌鲁木齐830027

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... 详细信息

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。

关键词：急倾斜特厚煤层非对称变形可缩性U型钢预应力锚杆非对称三铰拱支护参数

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急倾斜特厚煤层开采相似材料模拟试验研究

采矿与安全工程学报 2016年第3期33卷 387-392页

作者：程卫民孙路路王刚黄旭超黄启铭山东科技大学矿山灾害预防控制-省部共建国家重点实验室培育基地矿业与安全工程学院山东青岛266590 中煤科工集团重庆研究院有限公司新疆分院新疆乌鲁木齐830091

为了探究坚硬顶板急倾斜特厚煤层在未强制放顶条件下，采用水平分段放顶煤方式开采时围岩的运动和裂隙发育规律，采用相似材料模拟的方法进行了研究。通过低强度正交配比试验，确定煤层配比为水泥∶砂子∶水∶活性炭∶煤=6∶6∶7∶1.1∶... 详细信息

为了探究坚硬顶板急倾斜特厚煤层在未强制放顶条件下，采用水平分段放顶煤方式开采时围岩的运动和裂隙发育规律，采用相似材料模拟的方法进行了研究。通过低强度正交配比试验，确定煤层配比为水泥∶砂子∶水∶活性炭∶煤=6∶6∶7∶1.1∶79.9，所制煤层密度为0.913 g/cm3，单轴抗压强度为0.076 MPa，符合相似理论的要求和现场实际情况。相似材料模拟试验结果表明：工作面开采2～3个水平后上覆岩层才会发生大面积的整体垮落；在埋深较浅的水平，上覆岩层垮落前形成整体结构协调运动，在埋藏较深的水平，顶板在各个水平发生较小程度的垮落，相邻水平之间能够形成铰接结构；进入深部开采水平后，各水平开采后顶板随之发生破坏并垮落；顶板离层及裂隙发育规律与顶板运移和垮落规律有较强的一致性；开采水平底板煤层接近岩石底板一侧的应力卸压程度要高于接近岩石顶板的一侧，开采层下部煤层显著卸压深度约为15 m。

关键词：急倾斜特厚煤层相似材料模拟配比试验覆岩运动底板卸压

急倾斜特厚煤层开采煤岩应力场-位移场演化规律数值模拟

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矿业工程研究 2023年第3期38卷 38-44页

作者：朱帛繁王正义李心涵赵棪朱永恒邱翊常州工学院土木建筑工程学院江苏常州213032

为了揭示急倾斜特厚煤层开采矿压显现规律,建立急倾斜特厚煤层工作面数值分析模型,研究水平分段开采过程的应力场-位移场演化规律,确定矿压防治的重点区域,提出针对性的防治建议.结果表明:急倾斜特厚煤层开采煤岩应力场呈现非对称分布特... 详细信息

为了揭示急倾斜特厚煤层开采矿压显现规律,建立急倾斜特厚煤层工作面数值分析模型,研究水平分段开采过程的应力场-位移场演化规律,确定矿压防治的重点区域,提出针对性的防治建议.结果表明:急倾斜特厚煤层开采煤岩应力场呈现非对称分布特征,顶板侧煤岩处于外错应力集中区,底板侧煤岩处于上方采空卸压区,顶板侧煤岩是防治的重点区域;急倾斜特厚煤层开采工作面煤体变形以底煤底鼓为主,呈现中间大两侧小的“单峰”分布;煤岩位移场演化受开采深度影响显著,上覆岩层随开采深度增大依次发生破断;通过顶板预处理和煤岩体强度弱化可实现对急倾斜特厚煤层开采矿压显现的有效防治.

关键词：急倾斜特厚煤层采动应力数值模拟矿压显现防治