摘要：传统锚索延伸率低、抗冲击能力差,在强冲击载荷作用下易出现脆性破断失效,导致巷道出现冒顶、冲击地压事故等问题。基于此,自主开发了具有高强度、高延伸率及高抗冲击等特性的锚索,采用实验室试验、理论分析及现场试验等综合手段,分析了高延伸率锚索的静、动载力学性能,研究了高延伸率锚索化学成分、金相组织和夹杂物与普通锚索的差异,提出了高延伸率锚索支护吸能原理,并将高延伸率锚索在现场进行了应用。研究结果表明:静载作用下,高延伸率锚索抗拉强度为1790 MPa,最大力总延伸率8.1%,是普通锚索的1.61~2.25倍;动载作用下,高延伸率锚索钢丝不易散开,破断载荷与普通锚索基本相同,断后伸长率分别是锚索A、B、C的1.82倍、1.68倍和1.52倍,单位长度吸能量分别是锚索A、B、C的2.54倍、1.99倍和1.70倍,高延伸率锚索塑性变形能力更强,吸能能力更高。高延伸率锚索通过在冶炼和轧制工艺过程中控制有害化学元素和有益化学元素含量、细化金相组织及减少夹杂物尺寸和数量等方式提高了钢丝的塑性变形能力,进而提高锚索整体的抗冲击性能。高延伸率锚索在现场应用过程中经受了多次大能量冲击后,巷道支护效果良好,高延伸率锚索未出现破断,有效控制了巷道冲击破坏。

摘要：为研究冲击载荷下预制孔洞煤样力学特性及能量耗散规律,制备含轴向孔洞的直径50 mm,高50 mm圆柱体煤样,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,开展8个孔洞尺寸和3个冲击气压水平的加载试验研究,借助平面场应变测量技术(VIC-2D)和高速摄像机,分析了冲击加载过程中试件动态应力、动态应变、裂纹演化、破坏失效及能量耗散特性。结果表明:①在试验涉及的孔洞直径范围内,冲击载荷下完整与孔洞煤样动态应力-应变过程均呈现微裂隙压密阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。同一冲击气压下,随孔径增大,煤样动态抗压强度、动态峰值应变均降低;孔径由0增大至8 mm时,煤样动态抗压强度和峰值应变下降出现快-慢分区特征。与完整煤样以拉伸裂纹破坏为主不同,孔洞煤样主要以拉伸裂纹-剪切裂纹复合破坏为主,且随着孔径增加,试件内部裂纹扩展能力变弱。②揭示了冲击载荷下孔洞煤样的能量耗散规律:孔洞煤样透射能、吸收能与孔径呈负相关,反射能与孔径呈正相关,这主要由孔洞改变试件过波面积造成。随孔径增大,煤样过波面积降低,其吸收能和透射能随之降低,与冲击载荷下孔洞煤样破碎度与孔径负相关结论相一致。研究成果有利于明晰冲击地压巷道钻孔卸压机理,为冲击地压防治提供理论支持。

摘要：随着矿井开采逐步向深部发展,多中段开采引起的围岩稳定问题是矿井面临的主要安全因素。某金矿开采分为早期浅部空场法开采和后期深部充填开采两个阶段,早期开采在地表形成了一定范围的塌陷区。为了掌握深部多中段充填开采的覆岩移动变形叠加效应是否引起浅部塌陷区的活化,进而影响地表稳定性及井下安全生产,首先,采用理论分析方法研究了浅部塌陷区形成原因、机理,进而分析了地表塌陷区当前的自身稳定性;然后,采用RHINO、FLAC3D等数值模拟方法研究了深部上向水平分层充填开采引起的围岩移动变形规律及其引起的地表塌陷区的剩余沉降和塑性区发育。研究认为,某金矿深部多中段充填开采后充填区自身的变形量、浅部采空区内部岩层位移及地表沉降整体较小,相比于未充填情况下可较大程度减小围岩变形和地表塌陷区沉降,地表塌陷区仅在局部区域出现塑性区,多中段充填开采在维持当前充填效果的前提下不影响地表塌陷区的整体稳定性。本文研究方法及成果可为金属矿山充填开采覆岩变形安全性评价及地表塌陷区灾害防治提供有益借鉴。

摘要：为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性破断的厚硬基本顶分别呈现小块度破坏杂乱堆积和大块度破断整齐堆积;受采动结构特征影响,直接顶岩层采动破坏产生的体积膨胀显著大于厚硬基本顶。根据模拟得到的采动岩层破坏堆积特征构建了厚硬基本顶条件下采动覆岩下沉计算模型。根据采动作用下随采随垮直接顶岩层采动破坏膨胀量显著大于周期性破断厚硬基本顶的规律,提出对厚硬基本顶进行采前大规模水力压裂并借助采动超前支承压力进一步破坏厚硬基本顶,降低厚硬基本顶采动破坏块度,使其随采随垮、杂乱堆积并充分充填采空区以控制上覆岩层下沉破坏,实现低损开采。采用数值模拟验证了压裂弱化厚硬岩层调控其采动结构,增大采动破坏岩层体积膨胀量,降低上覆岩层下沉的有效性。提出的厚硬岩层结构调控低损开采方法可为煤矿绿色高效开采提供一定的参考。

摘要：榆神府矿区侏罗纪煤田垂向层序上赋存多个煤层,当下层煤开采时,面临上部近距离采空区积水威胁,基于垂向采空区充水模式的综合解危技术是下层煤安全回采的关键。通过分析煤层顶板岩性组合、含隔水层以及导水裂缝带发育高度特征,形成了近距离煤层垂向采空区高静储瞬态充水模式,认为基岩风化带水、火烧区水、第四系萨拉乌苏组松散层潜水以及大气降水是浅层采空区的直接或间接补给水源,在上部煤层采空区中形成较高水位的静储量;近距离煤层下层煤开采时,导水裂缝带沟通上部采空区,高静储积水以瞬间溃入形式进入下层煤回采工作面。针对高静储采空区积水威胁,提出了“近距离煤层充水模型建立—采空区积水范围探测与积水量预计—垂向采空区积水解危—疏控效果评价”4阶段解危模式,形成了解危成功的判别标准,即当钻孔疏放量等于动态补给量时,可认定采空区静储量积水已基本疏放完毕,采空区积水威胁解除。该成果在神木惠宝煤矿成功应用,对类似条件下的矿井具有借鉴意义。

摘要：矿震是冲击地压孕育及诱发的重要影响因素,针对煤矿矿震灾害地音预警问题,通过现场地音监测数据,对矿震发生前地音活动演化规律和前兆特征进行了分析,基于M-K趋势评估法,建立了矿震发生危险评价预警模型,并进行了效果检验和应用分析。研究结果表明:矿震发生前在生产班和检修班期间,煤岩体内应力受采动影响处于波动增长状态,导致地音活动具有“波动增长”的前兆模式;危险评价预警模型通过对地音前兆信息给出的定量评价对矿震的发生能够起到较好的预警作用。

摘要：为分析常村煤矿倾斜煤层覆岩运移规律及“上三带”高度,基于1501综采工作面地质条件,采用理论经验公式对垮落带和导水裂隙带进行计算,利用UDEC数值模拟对采空区煤层顶板覆岩最大主应力分布、覆岩位移和垂向应力分布进行模拟计算,并在工作面设置11条测线,分析不同位置、不同高度覆岩下沉值,通过对比分析,得出“上三带”高度。结果表明:经验公式计算1501综采工作面垮落带范围11.5~26.0 m,导水裂隙带范围42.4~77.0 m;随着工作面宽度的增加,应力集中程度也增加,覆岩位移呈不对称形态。最后在工作面合适位置设计探查钻孔对“上三带”进行探查,结果证实经验公式计算、数值模拟结论与钻探探查成果基本吻合,可以作为工作面安全回采的论证依据。

摘要：为解决31201工作面上覆房柱式采煤采空区集中煤柱受到破坏形成动载矿压易导致下部工作面发生顶板事故的难题,对工作面地质条件及顶部采空区集中煤柱对下部工作面回采产生的影响进行分析,分析工作面过应力集中区支架循环末阻力云图可知:31201工作面矿压显现为通过集中煤柱后大范围来压>2-2煤房采低回收率区>杨树洼上坡区>其他区域。对工作面顶板动载矿压进行FLAC^(3D)数值模拟,通过模拟结果可知:诱发大面积强动载矿压原因是集中煤柱的突然破坏,上覆岩层顶板垮落及工作面自身顶板切落,使顶板载荷完全作用在支架上,造成液压支架压架事故。通过动载矿压发生机理,提出有针对性的应对措施,为后续安全回采提供依据。

摘要：为解决厚煤层软岩巷道沿空留巷巷道变形量大,不能满足施工要求的问题,通过对工作面地质条件分析,采用类比法,确定预裂爆破采用双向聚能管,装药结构采用4-2-2-1-0方式,钻孔设计倾角15°,孔间距1 m,孔深9 m。通过矿压监测,在采用顶板定向预裂切顶等技术后,16011工作面周期来压平均压力减小1 490 kN,降低25.9%,沿空留巷段巷道成型较好,变形量较小,能够满足巷道施工要求。

摘要：为解决主采煤层存在巨厚坚硬顶板,造成初次来压期间矿压显现严重,工作面局部支架压死的难题,对3104工作面地质条件进行分析,对目标层位实施定向水力压裂措施,并对初次来压期间工作面矿压显现、支架工作阻力变化情况进行观测、分析和对比,确定其初次来压步距。观测结果表明:在开展顶板定向水力压裂措施后,3104工作面基本顶初次来压步距30.8 m,相比原始状态顶板,减少54.9%。实践证明:对于上覆厚层坚硬顶板,通过定向水力压裂措施对顶板进行压裂是有效可行的工作面初次放顶技术。