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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

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!

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安全

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  • 作者(Author): 陈卫军

    摘要:为解决给鄂尔多斯西部区煤矿安全开采带来严重困扰的冲击地压问题,根据目前已经开采的巴彦高勒、门克庆等煤矿冲击地压显现特征,通过对比、分析本区不同埋深煤矿采区接续工作面受2次采动影响巷道超前工作面区域的矿压显现情况、影响范围及地表塌陷情况,创新提出了采区多工作面回采后上覆岩层呈“多跨叠加拱”的力学模型理论,应用该理论对冲击地压产生的机理进行了全新的解释。再此基础上提出了采用灌注马丽散加固2次采动影响巷道围岩治理冲击地压的方法。最后分析比较了其与传统沿空掘巷治理方法的优缺点和适用条件,针对本区域煤层均属易自燃及水文地质条件较复杂的特点,提出应优先采用灌注马丽散材料加固巷道围岩治理冲击地压的方法。
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    煤炭科学技术
    2018年第10期
    541
    592
  • 作者(Author): 王岗, 潘一山, 李忠华, 李国臻, 吴迪

    摘要:为了探究煤岩破裂裂纹演化过程声-电物理信号规律,开展了单轴压缩条件下煤岩试样失稳破坏全程声-电信号的监测试验,重点分析了煤岩试样裂纹演化过程不同阶段声-电信号时频域特征,并对声-电信号相关参数进行了量化分析。研究结果表明:煤岩破裂裂纹演化过程依次经历了微破裂、次破裂和主破裂阶段,各阶段应力突变和声-电信号的产生及变化具有较好的一致性;随着裂纹逐渐演化,煤岩试样电荷信号峰值均值和声发射能量峰值均值都逐渐增大,高值电荷和声发射信号的同时产生预示着煤岩处于次破裂阶段,可以作为煤岩临近失稳破坏的前兆信息;裂纹的不同演化阶段对煤样电荷幅值的影响要大于对声发射能量幅值的影响;随着煤岩试样裂纹逐渐演化,声-电信号主频逐渐向低频转变,且主频幅值逐渐增大,由此可将声-电信号主频降低以及主频幅值增长的趋势作为煤岩失稳破坏的前兆特征;裂纹的不同演化阶段对岩样声发射能量主频幅值的影响要大于煤样。
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    煤炭科学技术
    2018年第10期
    722
    419
  • 作者(Author): 邓志刚

    摘要:为了提高采区宏观区域冲击危险评价精度,基于三维地应力场反演技术开展了相关研究,并以集贤煤矿西二采区为研究对象,在地质构造特征分析、煤岩物理力学性质和矿井地应力实测的基础上,根据多元线性回归原理对三维地应力场进行数值模拟反演,获得了研究区域内三维地应力场的相关信息;综合考虑构造应力、采动影响等因素,实现了对采区宏观区域的冲击危险评价,指导现场进行开拓布局优化,降低潜在冲击危险,有利于指导矿井的安全生产。
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    煤炭科学技术
    2018年第10期
    453
    684
  • 作者(Author): 陈久福, 魏晋忠, 张国江, 王垒

    摘要:为了解决西南地区矿井因地质条件复杂,煤质松软,煤层透气性低导致预抽钻孔存在堵塞、塌孔等问题,研究了大直径钻孔增透原理及其工艺,并在石壕煤矿南四区回风巷进行了现场对比试验。结果表明:相比于常规钻孔、单大直径钻孔,大直径钻孔联合套管护孔技术瓦斯抽采体积分数分别提高20%、47%,抽采浓度衰减缓慢;90 d内累计抽采量分别提高1.45、3.80倍;大直径钻孔联合套管护孔技术平均抽采纯量约为0.18 m3/min,分别提高1.42、3.87倍。现场试验表明大直径钻孔联合套管护孔技术能有效扩大煤体的卸压区域,提高煤体中瓦斯的渗流,明显增加煤层的透气性,减少预抽钻孔堵塞、塌孔情况,提高瓦斯抽采浓度和抽采效果。
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    煤炭科学技术
    2018年第10期
    399
    415
  • 作者(Author): 张庆华, 蒲阳

    摘要:为了解决阳泉矿区高产高效矿井在煤与瓦斯突出危险性预测方面存在的预测指标不全面、不连续、针对性不强、准确性不高等问题,通过对试验矿井瓦斯地质、瓦斯涌出、矿压监测等海量现场数据的深度挖掘,建立了一套远场与近场相结合的两级煤与瓦斯突出动态预测方法,将宏观瓦斯地质量化评级技术与工作面实时预测技术进行了有效融合,并基于GIS平台开发了配套的煤与瓦斯突出预测软件系统。该技术已在阳泉矿区新景矿、新元矿、五矿、平舒矿、开元矿及寺家庄矿等矿井进行了现场应用,应用效果表明:该技术大幅提升了突出预测的准确性与超前性,多次准确捕捉工作面实际突出危险性,并且超前钻屑指标法预测1~2 d;而且,该技术以全新的预测方法为支撑,借助地理信息与计算机技术,实现了突出危险性的快速辨识与动态预测,缓解了高产高效矿井瓦斯防治压力。
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    煤炭科学技术
    2018年第10期
    421
    519
  • 作者(Author): 高保彬, 钱亚楠, 陈立伟, 王祖洸, 吕蓬勃

    摘要:为了研究深部含瓦斯煤层复合动力灾害的发生机理,分别从煤岩力学性质、声发射特性和能量耗散角度进行了分析。采用RMT-150C型岩石力学试验机构成的含瓦斯煤单轴压缩试验系统,结合DS5型全信息声发射信号分析仪,研究了不同瓦斯压力下煤样力学指标和声发射指标的演化规律,研究结果表明:瓦斯压力由0 MPa升高到2 MPa,煤样的抗压强度降低了31%,弹性模量降低了32.1%,泊松比升高了46.9%;煤样的动态破坏时间、弹性能指数和冲击能指数都随着瓦斯压力的升高而减小,煤样的冲击倾向性也由强冲击倾向性向弱冲击倾向性变化;煤样声发射信号累计计数和累计能量分别降低了55.1%和58.3%;从能耗角度分析,随着瓦斯压力的增加,煤样的弹性能和耗散能都随之减小,表明了瓦斯压力的升高减弱了煤样的冲击倾向性。
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    煤炭科学技术
    2018年第10期
    551
    425
  • 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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    煤炭科学技术
    2018年第10期
    821
    628
  • 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。
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    煤炭科学技术
    2018年第10期
    629
    584

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