煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术

建立了冲击地压巷道"应力-围岩-支护"力学模型,得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力,停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。基于巷道围岩与支护体动力响应分析发现,冲击地压发生过程中围岩阻尼特性、锚固岩体的抗冲击吸能特性及巷内支护体的阻尼及刚度对冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性具有重要影响。提出巷道冲击地压防冲支护应从静-动力学两个角度,同时考虑"启动—破坏—停止"全过程。①在冲击启动前,依据冲击启动的应力条件降低煤体应力,减少弹性能积聚,提高支护阻力,增加启动难度;②依据冲击停止的能量条件,在冲击过程中,通过改变煤岩体结构与介质属性,吸收或消耗冲击能;③在冲击应力波传播的末端,通过提高巷内支护结构阻尼吸收剩余冲击能,减弱冲击应力波对巷道支护结构的破坏。提出冲击地压巷道支护结构应具有让压可缩与吸能特性,防冲支护应根据冲击地压能量特性进行分级设计。研发了吸能锚杆索、吸能O型棚、吸能液压支架等吸能支护装备,利用吸能构件的结合及功能互补特性建立了三级吸能支护体系,三级吸能支护系统具有径向让位、环向可缩以及轴向稳定特性,实现了冲击地压巷道三维立体吸能支护。     

煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论基础与关键技术

煤岩层赋存条件决定了煤矿深部开采条件下煤岩动力灾害的发生机理更趋复杂、防控难度显著增大,如何解决煤矿深部开采煤岩动力灾害防控问题,直接影响我国煤矿的安全生产和能源的有效供给。针对"煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究"这一科学命题,基于冲击地压"三因素"机理和煤与瓦斯突出的综合作用假说,从煤岩动力灾害防控理论基础、关键技术和防控实践等3个方面,梳理澄清了煤矿煤岩动力灾害防控中的一些模糊概念,建立了用于统一描述冲击地压和煤与瓦斯突出发生机理的广义"三因素"("物性因素"、"应力因素"及"结构因素")理论,确定了我国煤矿典型冲击地压的4种类型(煤层材料失稳型、煤层结构失稳型、顶板断裂型、断层滑移错动型),分析了影响冲击地压和煤与瓦斯突出的主要因素,从思想认知、原则方法及技术核心等方面凝练了煤岩动力灾害多尺度分源防控技术,提出了深部开采冲击地压巷道"三级"吸能支护思想与成套技术,开发了煤与瓦斯突出井上下联合抽采防控技术和超高压水射流"横切纵断"防治复合煤岩动力灾害技术,并在现场开展了应用试验。煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论与关键技术的建立与完善,为我国今后煤矿煤岩动力灾害的防治提供了科学依据。     

采动覆岩裂隙场三维形态特征及其渗透特性研究

采动覆岩裂隙场形态及其渗透特性的研究是防治矿井顶板水害和抽采卸压瓦斯的基础.本文综合3DEC模拟结果和前人研究成果,初步构建了"采动裂隙环形体"三维模型及其边界判别方法;结合水力学中裂隙岩体渗透率的求解方法构建了裂隙场渗透率计算模型,并通过现场实测对回风环体的渗透率进行了间接求解.研究结果表明:"采动裂隙环形体"以离层率3 mm/m为内边界,以水平变形指标5 mm/m为外边界,以断裂带最大高度为上边界;环体-垮落带的渗透率应使用Blake-Kozeny公式求解,环体-断裂带的渗透率应使用立方定律求解.实测结果表明:回风环体-垮落带的渗透率为4.43×10-5～2.77×10-4 m2;回风环体-断裂带的渗透率为3.81×10-8～3.01×10-5 m2;回风环体-断裂带渗透主方向与回风巷走向近似一致.     

我国煤矿冲击地压特点及防治技术分析

为了全面掌握目前我国冲击地压的发生情况和防治现状,统计分析了近年来我国冲击地压发生的区域、条件、特点以及防治手段和效果。分析结果表明:随着我国煤矿采深的日益加大,冲击地压灾害将越来越严重;坚硬厚层顶板条件和断层、褶曲等构造是冲击地压发生的主要地质因素;开采形成的煤柱应力集中和动载是冲击地压发生的主要开采技术因素。针对目前研究中存在的问题,建议采用物探方法量化地质构造因素的影响并考虑深部条件下瓦斯对冲击地压的影响;研究对冲击地压监测多源数据的综合处理方法;重视对防冲开采设计方法和巷道防冲能力的研究。     

高强度地下开采对岩体断裂带高度影响因素的数值模拟分析

对高强度开采条件的特点进行了分析，认为在地质条件一定的条件下，工作面长度、割煤高度、推进速度等是高强度开采对岩体断裂带发育高度的主要影响因素.对上述影响因素进行正交试验设计，对模拟结果进行了单因素极差分析与多元线性回归分析，得到了各因素对断裂带高度发育影响程度，依次为：上覆岩层硬度＞工作面割煤高度＞工作面长度＞推进速度.在覆岩单轴抗压强度20~40 MPa情况下，进行原公式与回归公式对断裂带发育高度进行对比分析，发现原公式值偏小.最后用回归公式对某矿实测数据进行对比验证，证明了模拟结果的合理性.     

煤矿安全动态评价模型的研究

通过对目前传统煤矿安全评价中存在的问题进行分析,提出了安全动态评价的概念及特点,并对安全动态评价模型的建立方法进行研究。本文采用正态隶属函数计算指标的隶属度,同时对首尾两个级别区间进行处理;对指标的权重确定采用变权方法,将属性权重与等级权重相结合,得到随指标值变化的综合权重。对于煤矿动态的生产过程,动态评价可以实时反映出煤矿的安全状况,使评价结果更加客观,更有利于指导现场生产工作。     

深孔爆破数值模拟及其在煤矿顶板弱化中的应用

分析了钻孔爆破对岩石的破坏过程，提出了岩石钻孔爆破过程的“动静压”破坏原理.利用AUTODYN软件对钻孔爆破进行数值模拟，得出钻孔爆破的岩石破裂过程.分析了钻孔不耦合装药爆破的规律，实现了理论分析及数值模拟结合到现场实施的煤矿顶板弱化成套技术，用现场钻孔观测爆破裂隙及矿压规律监测方法验证了研究结论.     

煤的直接单轴拉伸特性的试验研究

在实验室条件下 ,成功地开展了煤的直接单轴拉伸特性的试验研究 ,分析了加载速度对抗拉强度、弹性模量的影响 ,探讨了直接单轴拉伸条件下煤的弹塑性特征及其各向异性特征 ,并与单轴压缩和压裂拉伸试验结果进行了对比分析     

地音监测技术及其在矿压监测中的应用研究

在总结我们的研究成果基础上，较全面地介绍了我国地音监测技术的研究现状及其在冲击地压预测预报、顶板动态监测方面的应用实践。研究与实践的结果表明，经过１０多年的研究和应用，我国地音监测技术获得了很大发展，地音监测技术在矿压中的应用已达到了实用阶段。     

矿山压力与地音

本文概要地从地音角度探讨了矿山压力及其显现。通过研究认为，从地音角度研究矿山压力，进而预测预报以及控制矿山压力是完全可行的，实践的效果也是良好的。在北京矿务局门头沟煤矿厦山东省枣庄矿务局陶庄煤矿几年来的实践，得出了用地音预测、预报冲击地压发生的规律。