【摘 要】
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针对陕蒙地区深部矿区工作面隔离煤柱宽度设计不合理导致冲击地压和矿震频发的现状,采用案例调研、理论分析和现场监测等方法,对隔离煤柱区冲击地压和矿震的发生机理及隔离煤柱合理宽度进行了研究。以近年来陕蒙深部矿区工作面在隔离煤柱区发生的3起典型冲击地压和矿震事件为工程背景,根据动力显现特征和诱发机理不同,将其分为煤柱局部破坏型冲击地压、煤柱整体失稳型冲击地压和煤柱区厚硬砂岩组破断型矿震3类。分别建立了采空区侧向支承压力估算模型、采空区转移应力估算模型、煤柱承载应力估算模型和关键层挠度弯曲变形力学模型,揭示了不同宽
【机 构】
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北京科技大学土木与资源工程学院,山东能源集团有限公司,华北科技学院河北省矿井灾害防治重点实验室,甘肃靖远煤电股份有限公司红会第一煤矿
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目(51904017,51634001),中央高校基本科研业务费资助项目(FRF-TP-20-002A2),山东省重大科技创新工程资助项目(2019SDZY02)。
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针对陕蒙地区深部矿区工作面隔离煤柱宽度设计不合理导致冲击地压和矿震频发的现状,采用案例调研、理论分析和现场监测等方法,对隔离煤柱区冲击地压和矿震的发生机理及隔离煤柱合理宽度进行了研究。以近年来陕蒙深部矿区工作面在隔离煤柱区发生的3起典型冲击地压和矿震事件为工程背景,根据动力显现特征和诱发机理不同,将其分为煤柱局部破坏型冲击地压、煤柱整体失稳型冲击地压和煤柱区厚硬砂岩组破断型矿震3类。分别建立了采空区侧向支承压力估算模型、采空区转移应力估算模型、煤柱承载应力估算模型和关键层挠度弯曲变形力学模型,揭示了不同宽
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目前煤矿动力灾害的机理类研究多基于单一要素开展,由此获得的结论具有相对独立性,进而使得动力灾害研究呈现出复杂化的趋势。为回归其弹性能大量积聚和剧烈释放的本质,增强相关研究的关联性,以弹性能积聚为线索,通过常识推理提出了煤矿动力灾害形成的基本逻辑,包括:持续的能量补给;保证能量形式为弹性能的介质属性;能够使弹性能积聚至致灾量级且可以失效的制约机制,并指出,“能量源”包括稳定和偶发2种形式,前者来自开采卸荷后的等效加载作用,后者来自动载扰动;“介质属性”狭义上指物质种类,但对于冲击倾向性、渗透性等受限
针对我国工作面两巷超前支护区域由于应力集中程度增大和支护能力较差而引发的冒顶、冲击地压等愈发严重的问题,采用理论、对比及分类等方法,研究工作面开采特征及与两巷在矿压上的差别,分析支护对巷道稳定性影响以及工作面与两巷超前支护匹配性,研究巷道液压支护设计方法。研究结果表明:①由于开采深度、开采空间以及开采强度增大,采场矿压显现增强,与工作面相比,两巷应力集中程度更高,受采动影响范围更大,围岩破坏更严重,对支护要求更高;②巷道支护技术及装备发展严重滞后于工作面,单体液压支柱由于支护强度低、护顶效果差、稳定性差,
冲击地压是煤矿开采过程中最严重的动力灾害之一,对煤矿安全开采造成了极大威胁。统计表明,约90%的冲击地压发生在巷道中,致使巷道损坏、垮冒甚至闭合以及人员伤亡。巷道支护已成为防治冲击地压的最后一道防线。基于冲击地压巷道围岩破坏过程及关键影响因素分析,研究了深部冲击地压巷道减隔震技术手段和实现方法,有效保护了巷道围岩结构的整体稳定性。提出了冲击地压巷道减隔震技术原理:隔震技术是在支护层与原岩之间致裂形成具有显著消波吸能作用的松散煤岩体,吸能机理主要体现在块体松散吸能、旋转吸能、空间散射吸能、反射吸能4个方面;
为保证煤中全硫项目检测结果准确性和检测时效性,降低检测成本,对煤中全硫项目检测效率最高的红外光谱法进行了优化.通过加入催化剂三氧化钨降低煤中硫酸盐的分解温度,可有效
近直立煤层群由于特殊的煤岩赋存和开采方式,覆岩破断运动及其导致的围岩静载应力分布和动载扰动特征与缓倾斜煤层有较大差异,已有冲击地压灾害在近直立煤层群开采矿井(SICS)发生。为指导类似赋存矿井冲击地压防治,以乌东矿南采区典型近直立煤层群为工程背景,从诱冲机理、监测预警及防治技术方面展开了系统研究,揭示了近直立煤层群压撬型冲击地压机理,建立了适用于近直立煤层的预警指标体系,提出了近直立煤层降载减撬冲击地压防治技术。结果表明:近直立煤层群综放开采下冲击地压显现具有巷道顶底板侧不对称和岩体压撬显现特征;煤体所受
针对煤矿矿震分类缺乏定量化指标、矿震传播规律不清楚、危险性矿震难以判别等问题,综合采用数值模拟、理论分析及现场实测的方法,对煤矿矿震进行了分类,通过UDEC数值模拟再现了震动波在节理岩体中的传播过程,结合微震监测数据,统计分析了矿震震动波传播过程中质点峰值速度和震动波能量的衰减规律,初步探讨了危险性矿震判别方法。结果表明:煤矿矿震可分为采动破裂型、巨厚覆岩型和高能矿震型3种,其中高能矿震型又可细分为煤体内爆型、顶板失稳型和断层活化型。根据矿震是否对井下人员或设备造成危害,又可将矿震分为正常矿震和危险性矿震
煤矿冲击地压的工程治理主要集中体现在冲击地压启动前的“防”与冲击启动后的“止”,而如何依据冲击类型及能量特征设计吸能支护参数,有效地“止冲”对削弱冲击破坏程度具有重要意义。为实现冲击地压巷道吸能支护参数的量化设计,通过分析不同类型冲击地压释放的能量主体与破坏特征,指出了冲击危险巷道三级吸能支护方式的选择原则;基于能量守恒原理,考虑冲击释放能级、围岩破坏特征以及支护装备力学特性,给出了三级吸能支护参数的确定方法。研究结果表明:煤体压缩型冲击地压释能主体为煤体,释放能量一般不大于10~6J;顶板断
针对胡家河煤矿402103工作面褶皱构造区开采期间煤岩应力异常和强矿震事件频发问题,基于数值模拟和现场实测方法分析了褶皱构造区工作面回采期间顶板、煤层和底板的应力演化特征,探讨了褶皱构造区冲击地压发生机理。模拟结果表明:工作面开采至褶皱构造不同区域时,褶皱构造区垂直、水平应力场分布具有明显的分区特性;褶皱构造区工作面开采时,水平应力起主控作用,开采至背斜轴部区域时顶板围岩稳定性降低,开采至向斜轴部区域时底板围岩稳定性降低,开采至翼部区域时煤层稳定性降低;基于煤矿褶皱构造区冲击地压发生机理,制定了40210
随着煤化作用的进程,煤中不同显微组分可以生成油气,该过程可以通过热模拟试验完成。为获得烟煤生烃结构演化特征,采集了淮北煤田4煤层样品,基于黄金管热解生烃试验、傅里叶红外光谱(FTIR)和高分辨率透射电镜(HRTEM),分析了不同升温速率下烃类产率特征,研究了生烃过程中煤化学结构演化规律,计算了FTIR和HRTEM结构参数,探讨了生烃产率和结构演化之间的对应关系。结果表明:C1-5和甲烷随着温度升高,产率不断增大,且在中间温度区间急剧增大,C14+先增大后减小,且
为研究乌东煤矿南区近直立特厚煤层在特定区域冲击地压频发的原因,以五一煤矿、大梁煤矿的保护煤柱、大洪沟防洪渠保护煤柱、不同水平分层终采线形成的台阶结构等特定区域为工程背景,采用PASAT M便携式微震仪、ARAMIS M/E微震监测系统,开展近直立特厚煤层特定区域冲击地压致灾的动静载荷源辨识,得到了近直立特厚煤层引发冲击地压的静、动载荷源,针对冲击地压致灾的动载荷源,开展了近直立特厚煤层冲击地压分源控制实践。研究结果表明:特定区域是近直立特厚煤层冲击地压致灾的主要静载危险源,易引起煤体局部高应力集中;B_2