煤矿深部开采面临着诸多技术挑战,其中最为核心和关键的问题之一便是煤岩动力灾害的防控。随着煤矿开采深度的增加,煤层赋存条件变得更加复杂,由此引发的煤岩动力灾害也更趋复杂,防控难度显著增大。针对这一问题,提出了基于冲击地压“三因素”机理和煤与瓦斯突出综合作用假说的防控理论基础,并着重探讨了关键技术和防控实践,以期为煤矿深部开采提供安全高效的动力灾害防控技术。煤岩动力灾害的发生机理包括冲击地压和煤与瓦斯突出两大类。冲击地压是指在一定地质条件和开采条件下,煤岩体由于受到集中应力的作用而突然破裂的现象。而煤与瓦斯突出则指在采掘工作面及其周边区域内,由于煤层的瓦斯压力突然释放所导致的煤层或岩体的突然移动。这两种灾害的发生机理各有不同,但都与煤层的赋存条件密切相关。针对冲击地压的防控,提出了“三因素”理论,这三因素分别指的是物性因素、应力因素和结构因素。物性因素涉及到煤层本身的物理属性,如煤层的坚固程度、瓦斯含量等;应力因素指的是工作面及周边岩层的应力状态,包括原生应力、构造应力及开采引起的应力重分布等;结构因素则包括煤层的地质构造、煤层节理、裂隙的发育情况等。这三方面因素相互作用、相互影响,共同决定了冲击地压发生的可能性与强度。基于上述理论基础,研究团队进一步确定了我国煤矿典型冲击地压的四种类型: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,并分析了影响冲击地压和煤与瓦斯突出的主要因素。在此基础上,凝练出煤岩动力灾害多尺度分源防控技术,即通过不同尺度上的防控措施来实现对灾害的全方位管理和控制。针对煤岩动力灾害的防控实践,文中提出了深部开采冲击地压巷道“三级”吸能支护的思想与成套技术。所谓“三级”吸能支护,指的是对巷道进行多层防护,第一级通过减少应力集中来降低冲击地压发生的可能性;第二级通过加强支护强度来吸收释放的能量;第三级则是对灾害发生后进行快速响应的备用防护层。通过这三级防护措施,可以显著提高巷道的安全性和稳定性。此外,为了解决煤与瓦斯突出问题,文中还开发了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的技术。井上下联合抽采指的是在同一煤矿内,根据不同的开采深度和地质条件,在地面和井下同时进行瓦斯的抽采工作,以此来降低瓦斯浓度,预防煤与瓦斯突出的发生。而超高压水射流技术则利用高压水流在煤岩体中产生强烈的扰动,从而改变煤岩体的应力状态和瓦斯流动特性,实现对煤岩动力灾害的有效控制。煤矿深部开采煤岩动力灾害的防控理论基础与关键技术是围绕煤岩动力灾害的发生机理、防控理论和实际操作技术展开的。研究者们通过理论分析和实验研究,不断深化对灾害机理的理解,并在此基础上开发出一系列行之有效的防控技术,从而为确保我国煤矿的安全生产和能源的有效供给提供了坚实的理论和技术支撑。
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