孤岛综放面冲击地压前兆信息识别及多参数预警研究

孤岛综放工作面强烈的动压显现使得其发生冲击地压的可能性大大增加,通过运用微地震和电磁辐射综合监测手段分析孤岛综放工作面两次强动压显现事件,获得了工作面煤体发生冲击地压前后能量积聚与释放规律及相应微震和电磁辐射监测数据变化规律,认为工作面煤体发生冲击地压前一般存在一个短暂的能量积聚期,在能量积聚期内微震系统监测到的微震事件的次数和总能量均较少,同时能量积聚期内煤体电磁辐射强度值和脉冲数均持续升高。将工作面微震事件的沉默期以及煤体电磁辐射强度值、脉冲数的持续升高期作为冲击地压的综合前兆信息,并将其转换为量化的预警参数和指标,建立了工作面冲击地压多参数预警方法。现场实践表明,危险识别与灾害预警效果良好。     

长壁孤岛工作面冲击失稳能量场演化规律

煤矿冲击地压一直是困扰中国煤矿安全的主要问题,而煤矿开采过程中跳采形成的孤岛工作面由于容易产生应力集中,来压强度提高,极容易发生冲击地压。基于唐山矿T2193下孤岛工作面的地质条件,从数值分析的角度研究了煤岩体材料的非均匀性,揭示了孤岛工作面顶板周期来压时煤岩体能量释放的动态特征,分析了工作面前方能量释放激增机制。数值模拟结果显示,长壁工作面回采过程中直接顶的不断垮落造成了老顶悬空距离的不断增大,工作面周期来压时,积聚于老顶岩层内的弹性应变能将瞬间释放,容易引发工作面及巷道的冲击失稳。孤岛工作面由于其特有的矿压显现特征,老顶周期破断时所释放的弹性应变能将更加剧烈,冲击地压势必愈加强烈。孤岛工作面顶底板和煤层的能量释放激增可以作为判断煤岩体冲击失稳的前兆信息。孤岛工作面前方发生冲击破坏的主要原因是由于工作面回采过程中围岩所积聚的大量弹性能在顶板断裂时所伴随的巨大能量释放而造成的。     

坚硬顶板孤岛工作面冲击地压机理及前兆判别

以忻州窑矿8939工作面为工程背景,运用弹性板理论分析坚硬顶板破断期间释放的弹性能量值,并利用FLAC3D数值模拟划分工作面回采期间的高应力区域,同时根据分形理论分析微震事件的时间分布、空间分布与冲击地压的内部关联。研究结果表明:坚硬顶板断裂前,悬露顶板由于旋转下沉不断对工作面前方煤体缓慢加载,由于过程缓慢,应力与能量不断向煤岩体深部转移,不易发生冲击地压。当顶板断裂时,会瞬间释放大量的弯曲应变能,对工作面周围煤体产生强大的脉冲作用,若脉冲能量超过冲击地压的临界值,则发生冲击地压的可能性较大。且冲击地压发生之前,煤岩体处于非稳定状态,会与外界积极交换能量,此时微震事件处于活跃期,当微震能量超过一定数值或微震事件的分维值低于某临界值时,易发生冲击地压。      

综采工作面周期来压步距受回采速率影响研究

为实现不同采煤速率条件下综采工作面周期来压步距的预测,保证来压时工作面稳定,以陕北某煤矿14204工作面为工程背景,通过对工作面支架压力实时监测得出矿压显现规律,并分别采用对数函数和双曲函数对周期来压步距受推采速率的影响进行回归分析。分析结果表明,14204工作面平均来压步距为13.3 m;经过对比分析,发现双曲函数能很好的拟合推采速率对周期来压步距的影响;随回采速率的提高周期来压步距有所增加,但是由于工作面两端及中间位置的顶板所处的边界条件、地质条件等不尽相同,所以周期来压步距增加的幅度有所差异。研究成果为陕北地区综采工作面矿压显现规律的预测及控制提供了有益的实践经验。      

华亭煤矿强矿压动力灾害防治技术分析

复杂地质条件下开采深度的增加极易导致强矿压动力灾害的发生。以华煤集团华亭煤矿250102综放工作面及其回采巷道为研究背景,通过SOS微震监测系统拾取回采工作面推进过程中微震(声发射)信号,获取强矿压动力灾害前兆信息特征规律,分析3种不同危险等级(R,O,Y)强矿压的分布规律且判定其危险区域。综合现场开采特征,确定工作面开切眼至400 m范围为危险区域,此期间20 m煤柱侧强矿压显现尤为严重。最终确定了采用"超前顶板深孔爆破+帮侧煤体卸压爆破+顶板煤层注水"相结合的解危措施来减轻和消除强矿压动力灾害现象,保障井下工作人员在工作期间的安全。      

基于电磁辐射监测特厚煤层综放开采过程中煤岩动力灾害预测

目前缺乏针对特厚煤层工作面开采的电磁辐射特征研究。本文利用电磁辐射技术对彬县水帘洞煤矿特厚煤层综掘面和综放面动力灾害倾向进行了监测,得到特厚煤层电磁辐射强度和脉冲数特征。监测结果表明:(1)掘进工作面正常掘进时,强度和脉冲数都较小,强度在15mv以下,脉冲数基本为0;掘进至背斜构造时,强度增大、波动性较大,有弱动力灾害倾向;(2)综放面强度和脉冲数均较大,正常回采时强度在100mv以下,脉冲数在(6-10)×104范围内波动;周期来压时强度最大、脉冲数最小,强度最大到190mv,脉冲数最小值仅418次,有弱动力灾害倾向,现场采取的顶煤预裂有助于消除煤岩动力灾害发生可能性。电磁辐射变化特征对预测特厚煤层采掘过程中煤岩动力灾害倾向有参考价值。     

不同岩性顶板回采工作面矿压分布规律

采用数值模拟技术和现场矿压观测系统,研究了不同岩性顶板回采工作面矿压分布规律及其显现特征。结果表明,在煤炭开采过程中,不同岩性顶板回采工作面最大支承应力存在一定差异,在强度较高的砂岩顶板岩体中,支承压力大,工作面前方支承压力峰值距工作面距离小,初次来压步距和周期来压步距大,矿压显现强烈;而在强度较低的泥岩顶板区,顶板岩体不能和砂岩骨架层一样抵抗覆岩压力,且支承压力小,支承压力的峰值向回采工作面前方岩体内部推移,初次来压步距和周期来压步距小,矿压显现不明显。      

回采工作面周期来压步距的灰色预测

利用灰色系统理论, 将回采工作面周期来压视为灾变, 仿线性GM(1, 1)预测模型建模机理, 本文建立了包括线性模型在内的统一非线性GM(1, 1)预报模型。利用非线性模型特例Verhulst模型和线性模型分别对两个不同矿山条件老顶周期来压步距进行预测, 结果表明, 不同的地质条件将适合不同的预测模型, 不能简单一概用线性模型进行预测。对于地质条件发生灾变的情形可建立激励预测模型对周期来压步距进行预测。     

孤岛顶煤综放采场冲击矿压形成机制及控制技术

应用覆岩空间结构学术观点对孤岛顶煤综放采场冲击矿压机制及其控制技术进行研究。根据覆岩关键层的岩性、层位、范围等因素,覆岩关键层空间结构分为覆岩空间大结构和基本顶有限矿压结构。孤岛顶煤采场冲击矿压发生机制：①孤岛顶煤综放采场 ? 型空间大结构形成过程是集中压力逐渐增加的过程,是该时间段发生冲击矿压的力源;②采场基本顶形成最下位 ? 型空间结构后,随着工作面推进,基本顶块体产生滑落失稳,造成工作面冲击矿压现象。通过对分段来压理论、基本顶结构失稳理论和坚硬顶板预断裂理论对覆岩关键层空间结构运动的控制作用研究,提出采用覆岩空间结构理论分析、分阶段降低放煤率、坚硬覆岩预爆泄压技术、覆岩坚硬岩层破裂的微地震监测技术等方式方法预防冲击矿压的发生。     

高应力区掘进工作面冲击地压事故发生机制研究

以东北某矿三水平北21层三四区一段开切眼掘进工作面严重冲击地压事故为背景,通过现场调研、理论分析、微震/应力监测等方法对高应力区掘进工作面冲击地压事故发生机制进行研究,结果表明,(1)17层煤柱集中应力和21层煤采空区侧向支承压力形成的高静态应力是主要冲击力源,掘进工作面和相邻17层煤回采工作面形成的扰动应力是主要诱发力源,两者叠加影响导致该冲击地压事故;(2)建立了煤柱下方应力分布估算模型和采空区侧向支承压力估算模型,两者叠加作用下对21层煤的影响范围为132 m,具有冲击危险影响范围为70 m;(3)针对冲击地压事故发生机制制定的掘进工作面恢复生产方案,实现开切眼的安全贯通。研究结果对类似条件下的掘进工作面安全生产和开采设计具有一定的借鉴意义。     

支承压力显现的动态规律与来压预报方法

本文以DKJ-1型矿压计算机监测系统在两个矿的顶板来压监测和预报实际资料为依据,深入分析了8个月,13次来压的支承压力显现规律,并将显现形式分为压缩反弹型和波动型两种类型,总结了显现的特征参数及与来压的时间差和位置差。文章介绍了计算机监测系统识别来压前兆的方法及准确预报13次来压的良好效果。     

岩浆岩床下伏短壁综放面集中静载荷型冲击启动原理

为了探索没有动载荷源的冲击地压发生原理,以平庄某矿为例,采用数值分析、理论分析结合现场实测的方法,研究了巨厚岩浆岩床下伏短壁综放面回采前冲击启动原理。结果表明,巨厚岩浆岩床下伏短壁综放面开始推进前、后,下巷冲击启动都不需要动载荷源,难垮岩浆岩顶板的悬臂为冲击启动提供了足够的集中静载荷;短壁工作面开采使得下巷处于高位高应力区中,加剧了下巷冲击危险性;倾斜煤层巷道冲击时,围岩主应力方向大致与煤层倾向正交,使围岩冲击、鼓出非对称局部化,并且大致位于煤层倾向面的法线方向,这一认识为倾斜煤层冲击地压巷道支护与卸压实行非对称性提供新论点。     

煤矿冲击矿压机理、监测预警及防控技术研究

随开采深度不断增加, 煤矿冲击矿压灾害形势严峻, 冲击矿压机理、监测预警技术及防控技术的研究对于煤矿安全生产至关重要。论文系统总结了团队多年来研究成果及进展, 提出了动静载叠加诱冲机理, 基于动静载力源和能量主体划分了冲击矿压类型。提出了冲击危险"应力-震动-能量"三场耦合监测原理, 建立了冲击危险应力场-震动场-能量场三场多参量综合监测预警技术体系, 并构建了多参量带权重的时空预警模型, 基于大数据和云平台技术, 开发了冲击矿压风险智能判识与多参量监测预警云平台, 实现冲击危险监测数据与防治措施信息的融合, 提高了冲击危险监测预警效能, 提出了冲击危险强度弱化减冲原理和巷道围岩强弱强结构原理, 并给出了基于动静载的冲击矿压分类监测预警和防治方案。研究成果有力推动了冲击矿压研究进展, 可为深部冲击矿压防治提供重要指导。     

煤层孤岛工作面冲击矿压的防治实践

木城涧矿450水平西四采区三槽东一壁工作面发生的几起冲击矿压事故,与其工作面开采深度、所处地质构造部位、呈孤岛开采状态有关.工作面煤样和顶板冲击倾向性测试结果表明,该煤层属于高冲击倾向性煤层,具有发生冲击矿压的能力.根据产生冲击矿压的原因和特点,采用电磁幅射进行冲击矿压预测预报、爆破卸压进行治理的措施,通过了冲击矿压危险区.     

煤岩组合体冲击破坏的声发射及微震效应规律试验研究

研究由顶板-煤体-底板所构成的煤岩组合体变形破裂声发射和微震的规律,对于研究冲击机制具有重要意义。利用SANS材料试验系统、Disp-24声发射监测系统和TDS-6微震信号采集系统,对单轴受压的不同煤岩组合试样进行声发射和微震试验,得到不同组合试样在受载破坏过程中的声发射和微震信号。试验研究表明：组合试样发生冲击破坏时的声发射和微震信号的强度随试样的单轴抗压强度、冲击倾向性以及其顶板与煤层的高度比值的增加而增强;微震信号的振幅可以反映组合煤岩体的冲击倾向性强弱;微震频谱幅度的分布随着抗压强度和冲击能指数的上升而向高频移动。上述结论对指导现场冲击矿压的监测预警以及评价有着重要意义。     

大采高综放开采覆岩破坏特征和裂隙演化规律

工作面回采过程中,覆岩破坏特征对于煤矿水灾害和瓦斯防治具有重要意义,为了进一步研究综放开采覆岩破坏特征。以山西某矿5.82m大采高工作面为试验面,采用分段注水、钻孔电视、地质雷达、微震监测探测覆岩破坏高度,对破坏过程进行了数值模拟研究,并对裂隙演化进行了相似模拟试验,同时对传统经验公式进行了修正,研究结果表明:综放开采垮落带发育高度为43.1m,断裂带发育高度为86.7m;垮落带、断裂带、导水断裂带各测试方法之间相差分别小于4.5%、7.1%、9.0%;工作面采动前,裂隙发育度低,而采动后,裂隙数量明显增多,发育度增加;近煤壁区域为裂隙聚集区,密度曲线呈“蛇”型分布;得到新的适合该矿地质条件下的覆岩导水断裂带发育高度经验公式。     

爆破开挖诱发的地下交叉洞室微震特性及破裂机制分析

白鹤滩水电站右岸地下多洞室间相互施工扰动,使得母线洞等交叉洞室围岩的微震活动规律及破裂机制十分复杂。引进南非IMS微震监测系统,研究高地应力、多面临空卸荷应力环境下交叉洞室围岩的微震特性及破裂孕育机制。根据地下厂房区围岩岩性、错动带及断层分布,选取监测效果较佳的传感器并合理布置;通过定点敲击试验进行波速反演,分析震源定位的精度;以10#母线洞掉块案例为工程背景,分析爆破开挖诱发的交叉洞室岩体破裂微震事件与能量释放时空演化规律,并基于S波和P波的能量比（ES /EP）,归纳、总结了掉块发生过程中岩体破裂演化机制：大量张拉事件发生（爆破冲击诱发）→拉剪、压剪事件发生→张拉事件、剪切事件交替发生（集中应力和节理综合影响）→掉块发生（重力和节理综合作用）。研究结果有利于优化白鹤滩水电站右岸地下洞室群交叉部位的开挖方案,同时对类似工程的开挖和支护具有重要借鉴意义。     

综放工作面覆岩破断和压架的试验研究及预测模型

为研究综放工作面覆岩运动、破断特征及矿压演化规律,依托崔木煤矿302工作面,建立综放工作面开采相似材料模型,观测煤层综放开采过程中顶板的破断特征和矿压显现规律,根据试验结果建立综放基本顶煤壁处断裂的力学分析模型,推导出拉破断临界支护强度计算公式,研究基本顶抗拉强度、作用荷载和顶板厚度对拉破断临界支护强度的影响,形成了综放工作面煤壁处断裂的力学判据,分析崔木煤矿302综放工作面液压支架的支护效果。结果表明,(1)综放工作面推进过程中基本顶悬臂梁长度逐渐增加,与后方断裂顶板形成"悬臂梁-铰接结构",支架处于这种结构保护之下时工作阻力小;(2)若基本顶在煤壁处拉断裂和结构失稳,支架快速增阻,安全阀开启,活柱量下降,易于导致支架压死;(3)随着基本顶作用荷载增大,拉断裂临界支护强度线性增长,但基本顶抗拉强度对拉断裂临界支护强度影响不大。研究结果可为综放工作面基本顶煤壁处断裂和压架灾害预报提供一种方法。     

煤矿底板注浆堵水工程实践

微震波蕴含了大量的震源和传播介质的信息,包括震源位置、类型、能量、岩层密度、裂隙等。微震监测的过程就是对微震波的反演分析过程。微震监测能够对煤矿突水通道进行时空定位,通过对定位结果的三维展示和分析,实时监测突水通道的形成扩展过程。以某矿煤层底板注浆成功治理4301工作面底板突水工程实践为例,认为采用微震监测技术可有效分析判断工作面出水水源;在注浆治理工程中利用微震事件监测可有效指导钻孔注浆量及压力;治理工程完成后通过对比分析含水层水位与突水水质数据,可以对注浆堵水进行效果评价。     

基于微震监测的深埋煤层顶板导水裂隙带发育特征

导水裂隙带发育高度是矿井水害预测的重要技术参数之一。以彬长矿区文家坡煤矿4103工作面为研究对象,利用井-地联合微震监测技术对顶板导水裂隙带发育特征进行研究。研究结果表明:深埋煤层开采时,微震事件超前工作面回采位置发育,超前影响角最大为35°,最小为28°;断层的存在降低了覆岩稳定性,相较于正常基岩,更易在回采影响下发生应力集中和破坏;断层加大了微震事件发生的超前距,而采空区则使微震事件的高密度区向其所在部位发生偏移,加剧覆岩破坏程度,增大导水裂隙带发育高度;垂向上,4103工作面监测区内的微震事件高密度区域主要集中在高程+400~+520 m,结合微震事件数量和能量分布特征,判定4103工作面垮落带发育高度为50 m,垮采比13.16,导水裂隙带发育高度为117 m,裂采比为30.79。该成果可为彬长矿区类似煤矿深埋煤层顶板导水裂隙带发育高度研究及顶板水防治提供重要依据。移动阅读