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1、研究了矿井冲击地压的分类,根据八一矿的地质、开采条件、构造体系分布及应力场活动特点,将八一矿3煤层冲击地压分煤柱重力型和开采边界型二类。对冲击地压成因和机理的解释主要有强度理论、能量理论、冲击倾向理论和失稳理论。 2、由于孤岛工作面及其周围巷道附近应力集中程度高,顶板运动剧烈,再加上地质构造的影响,采深较大时,很容易引发冲击地压。一般情况下,冲击地压的影响因素主要由煤层的开采深度、煤岩的冲击倾向性、顶板的岩性结构和强度、地质构造以及应力集中升高区域。八一煤矿3煤的煤体强度较高,f系数达到1.7~2.7,煤体含水率低,小于3%,破坏形式为脆性能量释放型,因而冲击倾向性较大,引发冲击地压所要求的应力越小,就越容易发生冲击地压。而且1046煤柱工作面一侧支承压力集中系数达到3.6左右,但煤柱凸角内的两侧采空支承压力叠加区的应力集中系数将达到4.0~5.0左右。1046煤柱处于断层上盘,该区域地质条件相对复杂,受局部构造应力作用。煤岩层的应力变化将影响断层的活动,反过来断层的活化又影响煤体应力释放。因此在此煤柱工作面容易发生冲击地压。 3、在实验室进行煤体冲击倾向性试验得出实验数据,即弹性能量指数为1.28、冲击能指数0.67和动态破坏时间11.0s得出:1021、1024工作面的天然焦无冲击倾向性。而煤(岩)试块破坏时的动态破坏时间可作为冲击倾向性鉴定的辅助指标,时间越短,冲击倾向性越强烈。根据1046工作面煤柱冲击地压的分析,采用基于顶板岩层结构特征的顶板相变指数(Wf)预测3煤层煤柱冲击危险性。1046工作面为强冲击危险;1023工作面为中等偏下危险;1021、1024工作面为中等冲击危险;908工作面为弱(无)冲击危险。 4、对1046工作面不同煤柱宽度条件下的应力分布与声发射特征进行数值模拟得出:当煤柱宽度小于20.0m时,煤柱处于破坏状态,没有冲击危险;当煤柱宽度为30~40m时应力集中程度最大,高应力区域为距离煤柱边缘10~25m的范围;煤柱宽度为30m、38m时出现两侧采空支承压力叠加现象,声发射活跃,说明冲击危险性较大;煤柱宽度超过50m后,不会出现应力叠加,声发射只在煤柱边缘的高应力区域出现,说明冲击危险程度降低。 5、由于1023工作面埋深较浅,从工作面模拟结果可知,开采过程中能量释放程度小,内应力场范围为8~10m,支承压力最大值为15.0Mpa左右,应力集中系数为1.5,开采过程中的煤体释放能量集中在小范围内,虽然顶板岩层存在厚度较大的坚硬砂岩,但由于采深只有400m,直接顶冒落充分,厚度较大的砂岩层的运动是缓慢的,既没有达到发生冲击地压的临界深度,也不具备发生破坏冲击地压的应力条件。 6、1021、1024工作面开采天然焦,无冲击倾向性,从工作面模拟结果可知,支承压力分布范围较大,内应力场范围较小,约5.0m左右;声发射集中在煤壁附近,外应力场(距离煤壁5.0m以外)的声发射呈现为无序状态,从声发射的分布特征看,1021、1024工作面开采期间不具备发生破坏冲击地压的应力条件。 7、冲击地压的预测方法及防治措施是综合防治体系,是冲击地压的防范和解危的有效途径。控制破坏性冲击地压发生的原则:回收孤岛煤柱时,要避免在煤柱的高应力集中区维护与开掘巷道,从而有效地预防冲击地压的发生。 根据八一矿1046工作面顶板岩性结构、数值模拟分析对该工作面冲击危险区域的进行了划分。认为1046工作面周围已开采的工作面形成的支承压力是导致冲击地压发生的力源,支承压力在煤柱内形成的高应力范围是冲击危险区域。高应力区域为距离煤柱边缘10~25m的范围,煤柱宽度为30~40m时应力集中程度最大,冲击危险性最严重。根据确定的危险区域,制定了合理的巷道布置方案,采取“掘进-回采-再掘进-再回采”的顺序开采程序,采取南、北两个工作面间隔开采方式和巷道掘进、后退式开采方法;经过工程实践检验该方案有效可行。 由于八一矿1023工作面两面采空、两面实体,属于半孤岛型煤柱的概况和特点,其顶板结构形式不具备积聚发生破坏性冲击地压的弹性能量条件,同时煤层埋深较浅。因此,1023工作面整体上不会发生破坏性冲击地压。根据确定的危险区域,制定了合理的巷道布置方案和对煤粉钻孔监测的监测方法,并提出适合1023工作面冲击地压防治的钻孔爆破卸压综合防治措施,经过工程实践检验该方案有效可行。 根据八一矿1021、1024和908工作面概况和特点。通过对1021、1024煤柱现场工作面天然焦取样的实验室进行破坏过程试验表明:没有冲击倾向性;由于1024煤柱为不规矩型,从而在1024提出小工作面进行回采布置方式的开采方案。而1021煤柱比较规矩,从而在1021提出对拉工作面进行回采布置方式的开采方案布置。 通过对908煤柱工作面顶板结构分析,Wf仅为7.42,属于弱(无)冲击危险。工作面回采率按80%考虑,则直接顶冒落能使开采空间全部填充。因此,908工作面的顶板结构不具备积聚弹性能量的条件。通过对煤柱的破坏过程中煤柱开采的能量释放进行数值模拟分析得出:不具备发生冲击地压的能量条件。因此908工作面不具有冲击危险性。从而在908工作面提出沿东边界布置运输巷道,沿空送巷,留1.5~2.0m煤柱。掘进至北部边界,送上山,两翼开采,开采宽度12.0m,左右各6.0m的回采布置方式。