煤矿动力灾害防治理论与技术

来源:《煤炭科学技术》2018年第10期

随着我国煤炭资源开采强度的增大和开采深度的增加,冲击地压矿井、煤与瓦斯突出数量明显增多,煤岩动力灾害发生的强度和频度明显增加。据统计,截至2017年,我国26个产煤省(市、区)已有17个发生过冲击地压,冲击地压矿井已达141处;我国约70%的煤矿为高瓦斯矿井,煤与瓦斯突出矿井高达1 192对,已发生约2万次突出事故,“十二五“期间,瓦斯事故造成2 122人死亡,占煤矿事故死亡总人数的27%。以突然、急剧、猛烈为特征的冲击地压、煤与瓦斯突出和煤岩瓦斯复合动力灾害,不仅危害程度大,影响面广,而且容易诱发次生灾害,造成更为严峻的灾难性后果,我国曾发生过冲击地压诱发瓦斯爆炸造成214人死亡的特别重大煤矿安全事故。频繁发生的煤矿动力灾害事故,使我国煤炭安全绿色开采面临严峻挑战。“十三五”期间,煤炭行业诸多学者聚焦煤炭安全高效绿色智能化开采和清洁高效低碳集约化利用,围绕煤炭重大灾害防治和环境保护、煤炭资源综合开采和煤炭高效转化与清洁利用三大基础理论开展重点研究,取得了诸多进展。为展示煤矿动力灾害防治理论与技术最新进展和发展趋势,共享学术和技术成果,《煤炭科学技术》在2018年第10期开设“煤矿动力灾害防治理论与技术”专题,内容涉及煤矿冲击地压防治、煤与瓦斯突出防治、煤与瓦斯突出和冲击地压复合动力灾害防治等理论和技术,以期为提升我国煤矿动力灾害防治水平,实现我国煤炭安全绿色开采提供技术支持。经过严格的审稿,共择优刊登具有代表性的论文15篇。衷心感谢各位专家学者在专题组稿、撰稿、审稿等方面提供的帮助!

行业视野

安全

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60个

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14位

专家

14篇

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1979IP

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  • 作者(Author): 窦林名, 白金正, 李许伟, 贺虎

    摘要:基于煤矿冲击矿压灾害严重影响矿井安全高效生产,依据动静载叠加诱发冲击矿压的原理,提出了通过降低煤岩体中的静载荷和矿震诱发的动载荷、提高诱冲临界应力等手段来控制冲击矿压的发生。为实现对煤岩体的强度弱化减冲,在控制静载方面,提出了大直径钻孔和煤体爆破解危技术以及高压顺层水力割缝技术,从而达到降低煤的弹性和脆性势能的目的。在控制动载方面,分析了顶板覆岩结构对工作面冲击危险性的影响,提出了断顶爆破卸压技术和顶板定向水力致裂技术,从而缩小周期来压步距以及降低顶板破断诱发的动载。最后以某孤岛工作面为例,验证了基于动静载叠加诱冲原理的立体式防治技术的可行性和有效性,可为国内矿井冲击矿压防治提供指导。
  • 作者(Author): 张建国

    摘要:针对平禹矿区煤与瓦斯突出问题,对矿区155次突出事故进行了统计分析,研究了该矿区突出的主要影响因素,揭示了突出的规律和特征,并提出了针对性的防治技术对策。研究结果表明:平禹矿区瓦斯突出主要受地质构造、开采深度等因素的影响,矿区浅部和深部、有地质构造和无地质构造区域的瓦斯突出强度、突出次数均出现较大的变化。随着开采深度的增加,地质力学环境和力学性质不断发生变化,在深部高应力和高压瓦斯气体的共同作用下,受工程扰动的影响,容易产生煤与瓦斯突出。需要根据瓦斯突出的规律性,采用区域性瓦斯综合治理技术,在瓦斯治理上因地制宜、一矿一策、综合治理、抽采达标,从采掘布置、突出预测、监测预警及深部复杂动力灾害防治等方面着手,有效遏制瓦斯突出事故。
  • 作者(Author): 吴拥政, 何杰, 司林坡, 许宗浩

    摘要:为得到义马矿区深部矿井地应力分布规律,采用小孔径水压致裂地应力测量方法与装置,对义马矿区深部开采区域进行4个煤矿、14 个测点的二维地应力测量,测试最大深度达1 011m。基于实测数据,绘制了义马矿区深部地应力分布图;得出义马矿区深部原岩应力以垂直应力为主,属于典型的自重应力场,矿区东部、西部、中部应力场类型有较大差异;最大水平主应力最高为25.25 MPa,地应力值整体属于高应力水平;最大水平主应力集中在NNE方向,与义马矿区所在的区域板块应力场方向呈现高度的一致性;建立了地应力与埋深的关系式及平均水平主应力与垂直应力的比值关系式。
  • 作者(Author): 陈建强, 闫瑞兵, 刘昆轮

    摘要:为对乌鲁木齐矿区急倾斜特厚煤层冲击地压危险性进行评价,在前人研究的基础上采用综合指数法对各项因素进行了重新划分,使其适用于急倾斜煤层,并通过层次分析法对各项因素的权重进行确定。研究结果表明:①急倾斜煤岩体物理力学性质及急倾斜煤层结构特征使得软弱煤层夹持于坚硬的顶底板,更易在水平构造应力及自重应力作用下储存大量的弹性能;②矿区周边地质条件的逆冲断层及褶皱构造是乌鲁木齐矿区浅源冲击地压的根本因素;③结合乌鲁木齐矿区冲击地压显现特征,通过引入应力差异系数对“开采深度”进行调整、引入动力系统尺度半径对“坚硬岩层距煤层距离”进行调整、分析近年微震事件发生位置、对“坚硬岩层厚度”进行调整、分析乌鲁木齐矿区各矿微震事件及水平构造应力新增“距八道湾向斜煤层走向逆转区距离”、数值模拟分析了残留煤柱与工作面距离-应力关系新增“覆层残留煤柱水平距离”,修正综合指数评价法内5项地质因素指标,建立急倾斜特厚煤层冲击地压危险性评价模型;④根据相应的微震监测数据,验证了该评价方法的准确性及合理性。表明该方法适用于乌鲁木齐矿区内的冲击危险性评价,为相似地质类型矿井冲击地压危险性评价提供参考。
  • 作者(Author): 欧阳振华, 张广辉, 秦洪岩, 彭瑞, 赵希栋, 刘晓辉

    摘要:为了研究瓦斯对煤层冲击危险性的影响,研制了煤样瓦斯充气装置,提出了含瓦斯煤冲击倾向性测试方法。测得瓦斯压力分别为0、0.5、1.0、1.5、2.0 MPa下,煤样的单轴抗压强度、动态破坏时间、冲击能量指数和弹性能量指数4个反映其冲击倾向性的指标,发现煤的冲击倾向性随着其内部瓦斯压力的增加而减弱。基于冲击危险性综合指数评价方法,考虑瓦斯对煤层冲击危险性的影响,将煤层瓦斯属性作为一类地质因素,将瓦斯抽采效果作为一类开采技术条件,提出一种含瓦斯煤冲击危险性改进型综合指数评价方法,并利用该方法评价了某矿二盘区高瓦斯煤层的冲击危险性,利用改进型综合指数法评价高瓦斯煤层冲击危险性时,地质因素和开采技术因素评价结果具有较好的一致性。
  • 作者(Author): 赵同彬, 郭伟耀, 韩飞, 顾士坦

    摘要:为了揭示工作面回采速度与顶板弯曲变形能相关性,采用理论分析、数值模拟和现场实测方法,首先研究了回采速度效应下顶板能量积聚规律,然后分析了顶板能量释放特征,最后探讨了回采速度影响下顶板能量积聚释放机制。结果表明:随着加载速率增大,岩梁的抗拉强度呈线性增大趋势,而积聚能量呈指数型增加趋势;随着回采速度增加,顶板释放能量也呈指数型增加趋势;工作面回采速度为5.0~6.0 m/d时,微震活动为高能量低频次,而保持在4.0 m/d左右时,微震活动为低能量高频次;回采速度由慢变快时,顶板积聚能量增加的本质是受到的加载速率增大,而能量释放的本质是增加的弹性能致使煤岩系统的非稳定动态平衡被打破,从而诱发冲击地压。
  • 作者(Author): 潘立友, 李彩荣, 陈理强

    摘要:为有效防治断层夹持不规则工作面冲击地压,建立断层诱发冲击力学模型分析断层冲击地压成因,得到不规则工作面的侧向的支承压力表达式分析其冲击地压成因;采用数值模拟和理论分析原岩应力、构造应力、采动应力对冲击地压发生诱发机制,得到断层夹持与不规则双因素耦合工作面冲击地压成因和断层与工作面冲击地压显现特征。提出断层夹持型不规则工作面冲击地压耦合防控原理与技术体系。针对具体煤层地质和开采条件,采用以硐室为基础,以注水和爆破钻孔为主要措施形成连续缺陷体的整体防控技术,以断层区和不规则区和不规则煤柱区防控措施为主的局部防控技术的缺陷防控的整体防控技术进行了现场实践,验证了缺陷防控技术体系的有效性。
  • 作者(Author): 李忠华, 包思远, 梁影, 尹万蕾

    摘要:为研究矩形断面巷道冲击地压问题,采用顶板剪切梁模型,考虑煤层损伤软化特性,根据冲击地压响应失稳理论,对矩形断面巷道发生冲击地压的临界载荷和影响因素进行了研究。结果表明:通过分析巷道两帮煤层塑性区宽度和上覆岩层载荷之间关系,得到巷道发生冲击地压的临界载荷;临界载荷与矩形断面巷道宽高比呈良好负相关关系,但随顶板厚度增大而增大,表明在一定范围内,矩形断面巷道宽高比越小,顶板越厚,越不易发生冲击地压;临界载荷随煤层与顶板的刚度比增大而减小,随煤模量比增大而增大;考虑开挖空间效应影响,提出了适用于矩形断面巷道的位移释放系数数学模型,解释了在煤矿现场,巷道冲击地压不是发生在掘进面附近,而是滞后一定距离的现象。

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