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平顶山矿区深井动力灾害灾变机理及防治关键技术研究

张建国  
【摘要】:煤与瓦斯突出、冲击地压和矿震统称为矿井动力灾害,是煤矿中的主要动力灾害。平顶山矿区随着开采深度的增加,开采中以煤与瓦斯突出等矿井动力灾害强度上加剧,频度上提高,对深部煤炭的安全高效开采造成了巨大威胁。本文以平顶山东部矿区的八矿、十矿、十二矿为研究基地,针对煤与瓦斯突出等矿井动力灾害的预测预防技术进行了研究。 确定了平顶山东部矿区煤与瓦斯突出动力系统的临界能量,建立了评价矿井动力灾害的动力环境的方法,得出平顶山矿区煤与瓦斯突出和天然地震在时间、空间、强度上存在阶段相关性。综合考虑褶曲、断层、构造煤及煤层瓦斯等多因素影响,构造应力、瓦斯压力与采动应力相互耦合,煤岩固体骨架变形与孔隙压力变化的相互制约关系,揭示了平顶山矿区深井动力灾害多因素耦合统一灾变机理,建立了统一数学模型。 提出了基于地质动力区划的深井动力灾害统一预测理论,建立了深井动力灾害统一预测的模式识别概率预测方法,实现了深井动力灾害从单因素预测向多因素预测发展、从点预测向区域预测发展、从定性预测向定量预测发展。开辟了深井动力灾害预测研究的新领域,建立了一个比较科学的深井动力灾害预测方法。提出了弹性能量速度指数、冲击能量速度指数两个新的冲击倾向性测试指标;发展了深井动力灾害钻屑温度法、电荷法、煤体应力法统一监测预警技术;研制了钻屑温度测试装置、钻孔温度监测装置、电荷传感器和在线式电荷监测系统,确定了监测敏感指标;研发了一套深井动力灾害统一监测预警系统;建立了平顶山矿区深井动力灾害危险性评价与预测技术指标体系。 提出了适合平顶山东部矿区,以水驱气、水力压裂、深孔卸压爆破为主的深井动力灾害统一防治技术,并制定了操作规程。


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