煤岩能量特征与冲击地压强度关系研究

【摘要】：冲击地压是煤岩体在地质动力条件下,受到外部扰动作用(采掘活动)而突然释放能量的过程,这个过程伴随着能量的释放与能量的耗散。由于冲击地压孕育、发生过程中能量积聚、释放与耗散的不同,导致冲击地压强度的不同,严重制约着煤矿安全和高效生产,在防治冲击地压解危效果监测方面不能确定其与时间、空间的定量关系。因此,对冲击地压能量来源进行了分析,对煤岩能量特征和冲击地压强度关系进行研究,对钻孔卸压解危效果进行了监测,为煤矿冲击地压的预测和防治提供理论指导。论文从煤岩体能量孕育、转化、表现形式强弱对冲击地压进行研究,分析煤岩体能量与冲击地压关系。基于冲击地压现象形成的特点,从煤岩体自身破坏消耗能量角度提出用煤岩体破坏能量密度方法,确定冲击地压发生的临界能量条件。通过对区域地质构造特征的研究,确定冲击地压的能量来源。利用地质动力区划方法对木城涧煤矿进行Ⅰ~Ⅴ活动断块的划分,查明各级活动断裂对木城涧煤矿冲击地压的控制作用,建立断裂与矿井工程联系的地质模型。针对区域内原岩能量密度分布规律进行分析,确定冲击地压发生的能量条件,研究木城涧煤矿三槽、二槽原岩能量密度与冲击地压强度关系。在原岩能量条件下,研究采动应力对能量的影响。根据冲击地压发生的临界能量条件,对开采过程中能量密度分布情况进行研究,对冲击地压强度进行分类,得出冲击地压强度的界定值,确定采动能量密度与冲击地压强度关系。木城涧煤矿为煤岩能量特征与冲击地压强度关系研究的试验基地,针对不同冲击地压强度区域采取分等级的防治技术措施。忻州窑煤矿为钻孔卸压解危效果与时间、空间的定量关系研究的试验基地,首次在忻州窑煤矿采用BOTDR分布式光纤传感技术监测煤层卸压钻孔的影响范围、时间和卸压效果,得到不同直径、不同孔间距卸压孔周围应变值和影响范围,确定了合理的卸压钻孔参数和超前打钻时间,对卸压钻孔的技术参数进行了优化。论文的研究工作希望更深刻的揭示冲击地压发生过程中能量孕育、转化和发展过程,同时开启冲击地压灾害分等级防治的新思路,为类似条件的矿井生产提供借鉴和指导。