摘要：冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采是一项重大的产业技术难题,系统分析了我国冲击地压矿井分布特征、开采现状及冲击地压发展趋势,深入剖析了冲击地压矿井面临的主要开采难题。从区域地应力监测反演、矿井开拓布局优化、煤柱尺寸优化、井上下联合卸压、置换充填开采、高层位离层注浆等方面,全面阐述了冲击地压矿井全生命周期防控技术发展现状。针对巷道冲击地压防治难题,研发了冲击地压巷道全巷协同智能自适应抗冲击支护技术与装备,利用吸能防冲液压支架实现了正常状态对巷道围岩进行强支护、冲击过程迅速让位吸能的效果,结合支架智能运移装置、支架监测预警系统及全巷协同自适应抗冲击支护智能设计方法,构建了冲击地压巷道智能化吸能支护防控体系。分析了采煤工作面智能开采系统防冲原理,提出通过对围岩采动应力、覆岩断裂结构等进行监测分析,基于三维地质模型、大数据算法等对冲击地压发生位置、概率进行预测预警,并通过智能开采系统对液压支架的支护姿态与支护力、采煤机割煤速度等进行智能联动控制,实现采煤工作面智能开采与冲击地压智能防治。从采场应力与覆岩结构智能监测、冲击地压灾害数据库构建、冲击地压灾害分类预测预警等方面,分析了冲击地压智能防控技术的研发重点,提出了煤矿冲击地压监测预警系统组成及总体架构。从顶层设计、关键技术、智能精准解危与效果评价等方面提出了我国煤矿冲击地压煤层实现安全高效智能开采的技术路径与研发方向。

摘要：通过对深孔顶板预裂爆破过程的分析,提出了深孔顶板预裂爆破力构协同防冲机理并对其类型进行划分,模拟分析了不同爆孔布置方式下的爆破岩体Mises等效应力场、塑性破坏区及典型质点有效应力和位移变化规律并进行现场冲击地压防治实践。研究表明,深孔顶板预裂爆破通过强力冲击动载破岩作用、高温高压高速爆轰气体冲击气楔作用和热交换回弹拉伸作用对顶板进行损伤破坏,降低岩体内部结构单元储能能力,促使相邻爆孔之间裂隙的贯通,形成岩层结构破断弱面,使其在矿山压力作用下沿预定位置弯曲破断,具有弱化顶板岩层介质力学属性和优化岩层破断结构的双重作用。相比于直线式和三花式爆孔布孔方式,深浅组合式使得爆破后Mises有效应力在作用范围和作用时间上更加充分,增加了爆破裂隙密度及多向发展的可能性,延长了爆破衰减能量作用岩石的时间,致使塑性破坏区范围更加发育,爆破块度更加碎裂均匀,当工作面由未断顶区域进入断顶区域或者进出相邻不同断顶预裂设计施工区域时,因人为造成上覆顶板岩层结构运动不协调,应力与能量传递不连续,易于诱发冲击地压。当顶板爆破施工区域微震监测出现“缺震”现象时,可将其作为冲击危险典型预测前兆信息。

摘要：陕蒙地区冲击地压显现大多发生在二次采掘扰动影响下,煤层上方厚硬岩层结构破断诱发工作面采场附近动压显现已成为煤矿生产中重大安全隐患。为阐明采动巷道上覆高低位厚硬岩层破断对区段煤柱受力以及巷道围岩稳定性的影响,建立高低位厚硬岩层破断结构的力学模型,得到破断扰动影响下区段煤柱结构变形特征及应力分布特征,以巴彦高勒煤矿11盘区煤样试样为研究对象,利用自行设计的高位岩层模拟加载装置,借助非接触式全场应变测量系统的数字散斑相关分析方法,对高低位厚硬岩层在区段煤柱上方不同破断位置组合下区段煤柱及低位岩层的应力变形特征进行了试验研究。分析了上覆高低位厚硬岩层侧向不同断裂位置组合下区段煤柱受力特征及应力传递机制,建立了巷道上部厚硬顶板不同断裂位置与结构整体失稳荷载的力学模型。结果表明:高低位厚硬顶板岩层破断将会引起煤柱采空区应力集中,高低位厚硬岩层不同的破断位置组合,对下部岩层的运动变形和区段煤柱应力分布和巷道围岩稳定影响显著。区段煤柱整体结构稳定性与破断点位置密切相关,煤体在回转作用下破坏所需的应力大小与高位岩层顶板破断点对采空区顶煤的力矩负相关。随着破断点远离区段煤柱,区段煤柱受力由压剪逐渐转化为采空区煤顶传递的压弯作用。高低位厚硬岩层顶板破断的相对位置影响低位顶板的破断情况,当低位破断点处于高位破断点以内,低位顶板随高位顶板破断1次,反之则低位岩层顶板将会随着高位岩层破断回转发生2次破断。随着高位顶板的破断,采动巷道及煤柱上覆岩层应力减小,区段煤柱稳定性下降,冲击地压风险增大。试验研究为陕蒙地区深部厚硬顶板条件下采动巷道动力灾害防治和区段煤柱设计优化提供了参考。

摘要：目前本质安全栅参数的测试多为人工或半自动测试,人为因素影响大,测试结果不能自动保存,设计了1套自动测试本质安全栅参数的系统。采用单片机和CPLD相结合的方案,控制继电器的通断来实现多路测试,并与计算机相连,将测试数据结果上传,实现数据的显示和存储。这样,降低了生产成本,节约了大量资源,提高检测质量和效率,避免了手工测试产生的误差,对企业实现生产自动化起到了重要作用。

摘要：为了防止煤体冲击地压,基于冲击地压应力控制理论,研究了钻孔卸压防治煤体冲击地压机理,推导了钻孔卸压区的边界方程,分析了煤体性质、钻孔直径及应力环境对钻孔卸压区分布的影响。研究结果表明,钻孔形成的弱化带破坏了煤体承载结构,导致顶板岩层与煤体界面内摩擦角与黏聚力大幅降低,大幅降低了巷帮浅部煤体应力,破坏了其发生冲击地压的应力条件;随着煤体黏聚力及内摩擦角的减小、钻孔与工作面距离的减小,钻孔卸压区增大且边界形状由椭圆形变为"X"形;随着钻孔直径的增大,卸压区增大但其边界形状不变。采用该方法进行煤体冲击地压防治钻孔布置参数设计,钻孔卸压使煤柱浅部煤体应力大幅下降,且应力峰值区域向煤柱深部转移,破坏了煤体发生冲击地压的应力条件,从而防治煤体冲击地压的发生,取得了良好的卸压效果。

摘要：冲击地压的孕育和发生除应当具有足够能量源之外,能量的有效积聚同样至关重要。通过设计位移控制的夹持试验还原顶底板对煤层的约束作用,结果表明:岩石试块在轴向压力的作用下存在对于煤试块的闭锁作用,具体表现为加载端与中部监测点的位移不同步,该机制能够形成有效的能量积聚。同时,加载过程中煤试块局部位置表现出类似于纵波的变形传导现象,而较大轴压下出现的应力突然调整即为该现象的剧烈表现形式。研究指出,顶底板对于煤层的闭锁作用及煤层自身的变形传导对冲击地压的形成具有促进作用,现场实践表明,在近顶底板位置实施配合表面活性剂的高压注水,能够有效弱化接触面摩擦因数,实现煤壁深处变形能的可控释放,降低冲击危险性。

摘要：预割缝倾角是深孔顶板定向水压致裂重要施工技术参数之一。通过半圆盘试件3点弯(SCB)断裂力学试验以及水压致裂力学模型解析分析,研究预割缝倾角影响坚硬顶板在定向切槽诱导下水压致裂过程中的断裂特性。结果表明:水压裂纹的起裂方向明显受到预设裂纹倾角影响,但最大主应力对裂纹扩展方向起到控制作用。在地应力一定条件下,随着预割缝倾角增加,临界注水压力减小,Ⅰ型应力强度因子KⅠ逐渐增加,Ⅱ型应力强度因子KⅡ先增加后减小。为保证水压裂纹既受到较大的张拉作用,又能利用地应力的作用发生剪切扩展,KⅡ达到最大值时的预割缝倾角被选为施工水力压裂参数取值。该参数设计被应用到巴彦高勒煤矿厚层砂岩顶板水压致裂工况,对比压裂过程中顶板的煤炮强度和频次以及压裂前后辅回撤通道附近的微震、应力变化,证明了设计参数下水压致裂裂隙范围有效的起到了防冲效果。

摘要：以新疆四棵树煤矿的三矿A504综采工作面的沿空巷道底鼓为例,运用数值模拟方法,分析巷道底板岩层位移和应力分布的特点,确定其底鼓类型兼有剪切错动型与挤压变形,主要原因为巷道两侧高集中应力、高水平构造应力和完整的巷道底板岩层。在此基础上,通过正交实验进行巷道底板割槽方案设计,选择合理、有效的割槽宽度和深度,解决巷道底鼓问题。

摘要：通过对双鸭山煤田构造演化及成煤构造特征的分析,结合煤田内部低序次构造分布特征及7个矿井不同开采水平的22个测点的地应力实测结果,得出双鸭山煤田以东西向弧形构造和新华夏系构造控制为主并将其由西到东分为安邦河区、扁石河区和七星河区3个区段。分析了主体张性构造应力控制下雁阵式构造、帚状构造等低序次构造分布规律及伴生特征,得出煤田属以水平应力为主且最大主应力量值大多在30 MPa以上的σH>σh>σv型高地应力场。实测所得地应力数据离散型较大但最大主应力、侧向压力系数以及水平差应力整体上均随深度的增加而增大的规律。从区域构造作用及局部采场应力特征的角度分析了东保卫煤矿冲击地压事故的原因和影响因素,为煤田矿井深部区域动力区划和开拓布局提供了划分依据方向和设计建议。

摘要：为测试地下空间原地应力状态,研发了小孔径圆锥式孔底套芯地应力测试的孔底应变计,并开展了室内岩样的加载、卸载实验,验证了其测试结果可靠性。首先对孔底应变套芯应力测试方法的原理进行了简要介绍;然后针对煤矿巷道、隧道硐室等地下空间小孔径钻孔情况下的原地应力的快速测量要求,研发了直径为47 mm的小孔径圆锥式孔底应变计,并研制了配套的圆锥形钻头;最后开展了室内真三轴试验机加载和卸载实验,依据我国主要地区的应力比情况,设计了24种加载、卸载工况的实验,并对实验结果进行了分析处理。实验研究表明:研制的小孔径圆锥式孔底应变计可以方便的实现孔底安装与黏接;应用该应变计和多通道数字应变仪可以连续记录到加、卸载过程中的应变变化;依据记录的加载、卸载稳定阶段应变值,结合圆锥式孔底套芯应力解除测试方法的原理,采用MATLAB程序开展最小二乘求解可以反演得到施加的应力量值;通过室内12组不同应力比的加、卸载实验,得到24组应力反演结果,其相对误差绝对值均在50%以内,平均相对误差(绝对值)在18%以内,其中,S_(1)平均相对误差(绝对值)在17%左右,S_(2)平均相对误差(绝对值)在18%左右。通过实验研究,验证了该方法的可行性,为小孔径圆锥式孔底套芯地应力测试的应用与推广提供了理论及室内实验支撑。