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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

“矿井冲击地压灾害防治技术及工程实践”专题

来源:《煤炭科学技术》2021年第6期

冲击地压是煤矿开采的典型动力灾害之一,经过70 余年的研究与攻关,我国从初期认识冲击地压阶段开始,经过冲击地压研究探索、冲击地压研究快速发展和冲击地压灾害新挑战等几个阶段,在冲击地压发生理论与防治技术上取得了诸多研究成果,初步建成了适合我国煤矿特色的冲击地压理论与技术体系。但随着我国煤矿开采深度的增加,冲击地压矿井数量和灾害危害程度显著增加。2018-2020 年,我国发生4 起重大、较大冲击地压事故,暴露出冲击地压防治形势依然严峻,治理任务十分艰巨,也必然促进冲击地压研究向更高的科学化研究阶段发展。冲击地压发生机理、冲击地压监测预警技术、冲击危险性评价方法、冲击地压防治技术、冲击地压巷道支护技术等仍需要进一步深入研究。

为认真贯彻落实2020 年8 月10 日国务院安全生产委员会“关于进一步贯彻落实习近平总书记重要指示精神坚决防范遏制煤矿冲击地压事故的通知” 要求,《煤炭科学技术》于2021 年第6 期策划出版“ 矿井冲击地压灾害防治技术及工程实践” 专题。共收到近20 个单位的50 余篇稿件,最终刊登14 篇具有代表性的论文,集中报道我国在冲击地压发生机理、冲击地压监测预警技术与平台、冲击地压巷道支护理论与技术、冲击地压灾害防治技术、矿震类型与属性等方面的最新科技成果。

衷心感谢各位专家学者为专题撰稿! 感谢评审专家对专题稿件的评审工作! 特别感谢辽宁大学、北京科技大学、中国矿业大学、辽宁工程技术大学、中国煤炭科工集团、国家能源集团、华北科技学院等单位给予的大力支持!

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  • 作者(Author): 《煤炭科学技术》

  • 作者(Author): 齐庆新

    摘要:  冲击地压是煤矿开采的典型动力灾害之一,经过70 余年的研究与攻关,我国从初期认识冲击地压阶段开始,经过冲击地压研究探索、冲击地压研究快速发展和冲击地压灾害新挑战等几个阶段,在冲击地压发生理论与防治技术上取得了诸多研究成果,初步建成了适合我国煤矿特色的冲击地压理论与技术体系。但随着我国煤矿开采深度的增加,冲击地压矿井数量和灾害危害程度显著增加。2018-2020 年,我国发生4 起重大、较大冲击地压事故,暴露出冲击地压防治形势依然严峻,治理任务十分艰巨,也必然促进冲击地压研究向更高的科学化研究阶段发展。冲击地压发生机理、冲击地压监测预警技术、冲击危险性评价方法、冲击地压防治技术、冲击地压巷道支护技术等仍需要进一步深入研究。  为认真贯彻落实2020 年8 月10 日国务院安全生产委员会“关于进一步贯彻落实习近平总书记重要指示精神坚决防范遏制煤矿冲击地压事故的通知” 要求,《煤炭科学技术》于2021 年第6 期策划出版“ 矿井冲击地压灾害防治技术及工程实践” 专题。共收到近20 个单位的50 余篇稿件,最终刊登14 篇具有代表性的论文,集中报道我国在冲击地压发生机理、冲击地压监测预警技术与平台、冲击地压巷道支护理论与技术、冲击地压灾害防治技术、矿震类型与属性等方面的最新科技成果。  衷心感谢各位专家学者为专题撰稿! 感谢评审专家对专题稿件的评审工作! 特别感谢辽宁大学、北京科技大学、中国矿业大学、辽宁工程技术大学、中国煤炭科工集团、国家能源集团、华北科技学院等单位给予的大力支持!
  • 作者(Author): 潘一山, 高学鹏, 王伟, 肖永惠

    摘要: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,加剧了工作面与两巷支护的不匹配;③巷道支护强度对工作面两巷稳定性具有重要影响,应当采取初撑力较高、刚度较大的液压支架对巷道加强支护;④系统地对巷道超前支护液压支架进行分类,总结每种支架类型特征、优缺点及适用巷道条件,并提出两巷超前液压支护设计方法。
  • 作者(Author): 何学秋, 陈建强, 宋大钊, 何生全, 李振雷, 钟涛平, 薛雅荣, 周超

    摘要: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;煤体所受顶板和岩柱的压撬作用是诱发冲击的基础静载力源,悬顶和层间岩柱破裂产生的动载扰动对冲击显现有重要诱发作用,近直立煤层群综放开采冲击地压是顶板和岩柱压撬效应耦合作用结果;各预警指标对冲击地压和大能量矿震均具有一定的响应,各维度和各系统预警指标综合预警可综合各自优势实现互补,提高预警准确性;深浅孔交替爆破可削弱对煤体的压载荷和撬动效应,现场实施后,微震日总能量和频次明显减少,顶板和岩柱每米能量104 J以上微震事件较实施前平均减少了96%,卸压效果明显,冲击危险性降低。
  • 作者(Author): 窦林名, 曹晋荣, 曹安业, 柴彦江, 白金正, 阚吉亮

    摘要: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2大类。矿震震动波传播受多种因素影响,煤岩体中的不连续面对震动波传播作用明显。揭示了不连续面对震动波应力传递的阻断机制:当震动波传递的应力与原岩应力叠加超过不连续面强度时,不连续面发生破坏,出现一定位移,介质的不连续性阻断了震动波应力传播。矿震传播过程中,质点峰值速度与震动波能量之间具有内在联系,峰值速度、能量均与传播距离呈负指数型关系。实测表明:某矿区实体煤区域和采空区区域的质点震动速度吸收系数分别为0.003 75和0.007 6,震动波能量吸收系数分别为0.007 5、0.015 2,2种区域内震动波衰减差异明显,不连续面对震动波传播影响显著,验证了数值模拟的正确性。
  • 作者(Author): 潘俊锋, 冯美华, 卢振龙, 夏永学, 徐刚, 马宏源, 王元杰, 张建

    摘要:为了全面提高煤矿冲击地压监测预警精度,提升日常监测的自动化水平,以冲击地压发生载荷条件为切入点,提出对冲击启动载荷源开展分源监测的思路,开发了煤矿冲击地压分源权重综合监测预警平台。结果表明,以现场监测数据为基础,为每种预警指标赋予属性权重和等级权重,进而得到可随冲击危险性动态变化的综合权重,采用冲击地压分源权重综合预警方法,可解决人为定权易造成主观误差的问题,回避固定权重中部分指标被中和的情况,预警结果更加客观可靠;开发了集成接口融合、格式转化、统计分析、指标优先、权重计算、等级预警等功能为一体的冲击地压综合预警平台,实现了对微震、地音、应力、钻屑等多参量、多尺度预警信息的深度开发与警情智能发布,大幅提高了预警效率及效果,在多座典型冲击地压矿井进行了成果应用。
  • 作者(Author): 李海涛, 齐庆新, 赵善坤, 李宏艳, 舒龙勇, 陈理强

    摘要: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、渗透性等受限于细观结构的属性同样纳入本概念中;制约机制则是弹性能积聚至致灾量级并产生剧烈释放的关键,以结构面和块体组合为具体形式,是实现人为干预防灾的切入点。并将其分别概括为“力源因素”、“物性因素”和“结构因素”,其中,物性因素是一切行为的基础,力源因素与结构因素具有密切的互馈作用,据此提出了广义“三因素”机理,给出了其潜在应用场景及未来研究方向。
  • 作者(Author): 高明仕, 贺永亮, 徐东, 俞鑫

    摘要: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;减震技术通过锚杆锚索、O型棚、防冲单元架等支护构件的大延伸及让压位移,经过减震支护构件的强散射和释能作用,保护巷道支护锚固体在瞬间高冲击动载作用下的整体移动性和让压位移特征;隔震+减震的双重组合保护效应,实现了巷道围岩消波降载支护体整体释能抗冲的性能特征,从而维护冲击地压巷道围岩的稳定性。现场实践和微震监测显示:减隔震技术可以有效控制冲击地压巷道变形和破坏,巷道表面监测的微震能量降低了50%,巷道支护效果显著。

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