煤矿孤岛工作面冲击危险性识别与防冲研究

发布时间：2017-08-11 13:11

  本文关键词：煤矿孤岛工作面冲击危险性识别与防冲研究

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【摘要】：针对近年来我国煤矿孤岛工作面恶性冲击地压事故频繁发生的现状,煤炭行业将孤岛工作面防冲安全列为深部煤炭安全开采的重要课题之一,急需在理论上揭示孤岛工作面发生冲击的机理,从而为评估孤岛工作面的可采性和研发可靠的防冲技术提供科学依据。本文采用理论分析、数值模拟、现场实测、案例调研、工程类比等手段,基于可采性对孤岛工作面进行了分类,研究了基于应力和围岩稳定性关系的孤岛工作面冲击机理、危险性识别方法和防治技术,取得了如下主要成果：(1)提出了基于可采性的孤岛工作面分类新方法。该方法以控制孤岛工作面应力为基础,综合考虑采动围岩结构、地质构造、采动边界、煤岩强度等因素,依据防冲安全性对孤岛工作面进行了分类,为确定孤岛工作面的可采性和实施分类防治提供了理论支撑。(2)提出了基于应力与围岩稳定性关系的孤岛工作面冲击地压发生机理和危险性识别方法。该方法在多个典型孤岛工作面得到了应用和现场验证,有效避免了典型孤岛工作面的冲击地压事故。(3)研究了软煤孤岛工作面冲击地压发生机理与预警方法。提出了高应力作用下软煤巷道围岩结构性冲击失稳是导致软煤冲击的根源。揭示了“硬煤以孔内冲击煤粉为主、软煤以孔内变形煤粉为主”的危险性预警机理,并提出了沈阳煤业集团红阳三矿的软煤冲击危险性预警指标,该指标在红阳三矿得到了应用和验证。(4)通过研究特厚煤层剧烈扩容导致煤体强度下降和应力急剧变化从而引起重复冲击的规律,揭示了特厚煤层孤岛工作面易发生重复冲击的机理,研究成果为孤岛工作面防治重复冲击灾害提供了理论基础,并在龙煤集团和阜新矿业集团得到了应用。(5)提出并实施了巨厚岩浆岩失稳条件下大孤岛工作面的开采方法。根据孤岛工作面冲击危险性识别结果,确定了“巨厚岩浆岩失稳时孤岛工作面不发生整体冲击失稳”的孤岛工作面开采设计原则。通过将王楼煤矿12310孤岛工作面设计成大宽度孤岛工作面,成功实现了该工作面的安全回采。(6)提出并实施了大埋深厚表土薄基岩不对称孤岛工作面的开采方法。根据孤岛工作面冲击危险性识别结果,确定了“在大埋深厚表土薄基岩不对称孤岛工作面不发生整体失稳冲击的前提下,局部冲击可治”的防冲原则,据此研究结果对梁宝寺煤矿3201孤岛工作面进行了开采,实现了安全生产孤岛工作面开采环境十分复杂,本文得到的研究成果还需要在现场应用中不断完善。
【关键词】：孤岛工作面 冲击地压 冲击危险性识别 防冲
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD324
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 引言13-15
• 2 绪论15-26
• 2.1 课题来源、目的及意义15
• 2.2 孤岛工作面冲击地压灾害及国内外研究现状15-22
• 2.2.1 孤岛工作面冲击地压灾害现状16
• 2.2.2 孤岛工作面冲击地压发生机理研究现状16-19
• 2.2.3 孤岛工作面冲击地压控制技术现状19-20
• 2.2.4 孤岛工作面冲击地压监测预警技术现状20-22
• 2.3 需要进一步解决的问题22-23
• 2.4 课题研究内容及技术路线23-26
• 2.4.1 主要研究内容23-24
• 2.4.2 技术路线24-26
• 3 基于防冲的孤岛工作面可采性分类新方法研究26-44
• 3.1 孤岛工作面分类现状26
• 3.2 目前的孤岛工作面分类方法分析26-27
• 3.3 基于防冲的孤岛工作面可采性分类新方法27-41
• 3.3.1 孤岛工作面灾害类型及致灾本质27-31
• 3.3.2 孤岛工作面分类新方法31-40
• 3.3.3 孤岛工作面分类新方法的应用40-41
• 3.4 本章小节41-44
• 4 基于应力与围岩关系的孤岛工作面支承压力估算44-57
• 4.1 孤岛工作面支承压力影响因素分析44-50
• 4.1.1 开采深度对孤岛工作面支承压力的影响44-45
• 4.1.2 覆岩岩性对孤岛工作面支承压力的影响45-47
• 4.1.3 采空区倾斜宽度对孤岛工作面支承压力的影响47-48
• 4.1.4 孤岛工作面倾斜宽度对支承压力的影响48-49
• 4.1.5 采煤厚度对孤岛工作面支承压力的影响49-50
• 4.2 非充分采动孤岛工作面支承压力的估算50-54
• 4.2.1 力学估算模型的建立50-51
• 4.2.2 “三带”中悬跨岩层的应力传递机制51
• 4.2.3 非充分采动孤岛工作面支承压力估算51-54
• 4.3 充分采动孤岛工作面支承压力估算54
• 4.4 立体孤岛工作面支承压力估算54-55
• 4.5 本章小节55-57
• 5 基于应力与围岩关系的孤岛工作面冲击危险性识别57-73
• 5.1 孤岛工作面整体失稳冲击机理及冲击危险性识别57-61
• 5.1.1 孤岛工作面整体失稳冲击形式及案例57-59
• 5.1.2 孤岛工作面整体失稳冲击机理及冲击危险性识别59-61
• 5.2 孤岛工作面局部冲击机理及冲击危险性识别61-69
• 5.2.1 巷帮煤体抛出型冲击地压识别62-63
• 5.2.2 顶底板强剪切型冲击地压识别63-64
• 5.2.3 底板屈曲型冲击地压识别64-65
• 5.2.4 巷帮劈裂诱发型冲击地压识别65-69
• 5.3 孤岛工作面可采性研究69-71
• 5.4 本章小节71-73
• 6 孤岛工作面防冲体系研究73-86
• 6.1 孤岛工作面整体失稳冲击控制74-75
• 6.2 孤岛工作面局部冲击地压控制75-83
• 6.2.1 采前冲击危险性评价75-76
• 6.2.2 冲击地压防治措施76-79
• 6.2.3 冲击地压监测预警79-82
• 6.2.4 巷道防护措施82-83
• 6.2.5 减小高应力区的扰动83
• 6.3 孤岛工作面冲击地压安全管理83-84
• 6.4 本章小节84-86
• 7 软煤孤岛工作面冲击危险性识别及防冲研究86-114
• 7.1 引言86
• 7.2 软煤孤岛工作面工程概况及可采性分析86-90
• 7.2.1 软煤孤岛工作面工程概况86-87
• 7.2.2 软煤孤岛工作面可采性分析87-90
• 7.3 软煤孤岛工作面冲击危险性识别90-93
• 7.3.1 软煤孤岛工作面冲击的“结构效应”90-91
• 7.3.2 软煤孤岛工作面结构性冲击识别91-93
• 7.4 软煤孤岛工作面防冲研究93-112
• 7.4.1 软煤钻屑量预警指标研究93-104
• 7.4.2 软煤冲击地压综合预警指标研究104-108
• 7.4.3 水力压裂破坏软煤“结构”的冲击地压防治技术108-112
• 7.5 本章小节112-114
• 8 典型中硬煤孤岛面冲击危险性识别与防冲研究114-160
• 8.1 特厚煤层孤岛面重复冲击识别及防冲研究114-126
• 8.1.1 引言114-115
• 8.1.2 特厚煤层孤岛面可采性分析及重复冲击现象115-119
• 8.1.3 特厚煤层孤岛面重复冲击危险性识别119-125
• 8.1.4 特厚煤层孤岛面防冲研究125-126
• 8.2 巨厚岩浆岩失稳的孤岛面冲击危险识别及防冲研究126-138
• 8.2.1 引言126
• 8.2.2 巨厚岩浆岩下孤岛面工程背景126-127
• 8.2.3 巨厚岩浆岩失稳运动诱冲机理分析127-129
• 8.2.4 巨厚岩浆岩失稳的大孤岛面开采方案129-131
• 8.2.5 巨厚岩浆岩失稳的大孤岛面冲击危险识别131-134
• 8.2.6 巨厚岩浆岩失稳的大孤岛面防冲研究134-136
• 8.2.7 程验证136-138
• 8.3 不规则孤岛面冲击危险性识别与防冲研究138-158
• 8.3.1 不规则孤岛面工程背景138-139
• 8.3.2 不规则孤岛面可采性分析139-141
• 8.3.3 隔离煤柱诱发冲击危险识别及其合理宽度研究141-145
• 8.3.4 覆岩空间结构演化诱发孤岛面冲击危险识别145-151
• 8.3.5 不规则孤岛面防冲研究151-158
• 8.4 本章小节158-160
• 9 结论160-164
• 9.1 主要结论160-162
• 9.2 创新点162-163
• 9.3 不足与展望163-164
• 参考文献164-174
• 附录A174-179
• 作者简历及在学研究成果179-184
• 学位论文数据集184

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本文编号：656281