冲击地压理论与技术-653培训.ppt

冲击地压理论及技术 2008年5月 提 纲 n1 基本概念 n2 基本理论 n3 冲击地压预测与防治技术 n4 冲击地压实例 1 基本概念 n冲击地压 n冲击倾向性 n冲击危险性 n冲击地压、岩爆、矿震 n冲击地压预测 n冲击地压防治 冲击地压: 矿山井巷和采场周围煤岩体由于变形 能释放而产生的以突然、急剧、猛烈的 破坏为特征的动力现象。 矿山压力现象，特殊的矿山压力现象 。 冲击地压、顶板大面积来压、岩爆、 矿震、煤与瓦斯突出、地表突然塌陷等 现象，由于其发生过程突然，且具有典 型的动力特征，通常情况下，统称为矿 山动力现象。 巷道冲击击地压压描述 冲击地压、岩爆、矿震 冲击地压：煤岩体在高应力作用下产生的动力破坏现象。 岩 爆：高地应力下硬脆性围岩因弹性应变能突然释放 而产生的爆裂、剥落、弹射甚至抛掷。 矿 震：采矿活动而引起的诱发地震。 既有联系，又有显著差异既有联系，又有显著差异 震级、烈度、震源震级、烈度、震源 分级分类：应以破坏为主分级分类：应以破坏为主 失稳、失稳、 破坏、破坏、 过程、过程、 局部性局部性 岩爆现象描述 n冲击倾向性 n冲击危险性 n冲击地压预测 n冲击地压防治 不是单一的概念！ n冲击地压发生机理 强度理论、能量理论、冲击倾向性理论、 变形系统失稳理论、三准则理论、三因素 理论等等。 n冲击地压基础理论 现代数学理论突变理论、混沌理论 现代力学理论断裂与损伤、弹塑性力学 2 基本理论 “三因素”理论 n内在因素（冲击倾向性） n力源因素（采动应力集中） n结构因素（弱面软层结构） 结构因素是三因素理论的关键所在! n组合煤岩的摩擦滑动失稳实验 l岩石材料的摩擦滑动性状：两种滑动特性 ，即稳定滑动和粘滑 l实际发生冲击地压的煤岩体 ：“三硬”结 构 ，且在顶板与煤层之间存在着一层较 薄的粉状软煤 l实际冲击地压多发生在断层、背向斜构造 及煤层变薄带附近 l冲击后主要表现为煤体的冲出 n三种试样 砂岩砂岩 砂岩煤 煤煤试样 三种试样示意图 砂岩砂岩试样摩擦滑动曲线 砂岩煤试样摩擦滑动曲线 煤煤试样摩擦滑动曲线 n分析结果： l砂岩煤试样： 粘滑现象 l砂岩砂岩 煤煤试样： 稳定滑动状态 （a）组合模型；（b）、（c）组合模型承压破坏的状况 组合模型破坏前后的状况 某矿煤的动态破坏时间曲线 某矿煤的冲击能量曲线 某矿煤的弹性能量曲线对比 l冲击地压预测 采用具体的方法和装备预测何时何地会不会发 生冲击地压，破坏性如何？ 采动应力监测、钻屑法、地音与微震、电磁辐射等 l冲击地压防治 对具有冲击危险的区域实施具体措施以降低冲 击危险性。 合理开拓布置、保护层开采、煤岩层注水、煤层卸载爆 、深孔断顶爆破等。 3 冲击地压预测与防治 n4.1 华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压 l华丰煤矿冲击地压主要发生在4层煤，四层煤的单轴抗 压强度为21.75MPa，其直接顶为49 m的粉砂岩， 单轴抗压强度为69.6 MPa，单轴抗拉强度为3.81 MPa。老顶总厚度为78 m，其中第一分层22 m，为 中细和中粗砂岩，第二分层厚56 m，为中细砂岩。老 顶之上为70 m泥岩和红土层，红土层之上为500 m以 上的坚硬砂砾岩。 l经实验室测定，华丰煤矿4层煤的动态破坏时间DT为 3046ms，弹性能量指数为1016，冲击能量指数 为4.95.1，顶板岩层的弯曲能量指数为49KJ。即4 层煤具有严重的冲击倾向性，顶板岩层具有中等冲击 倾向性。 4 冲击地压实例 华丰“3.11”冲击事故平面图 n4.2 深部开采非坚硬顶板条件冲击地压 l随着厚及特厚煤层的综采放顶煤、大采高等高强 度开采技术的推广应用，发生冲击地压矿井的煤 岩层结构发生了一定的改变，即不仅在坚硬顶板 条件下发生冲击地压，而且在非坚硬顶板条件下 也相继发生冲击地压灾害，甚至由此引发更为严 重的瓦斯或煤尘爆炸灾害。 l例如， 2003年淮北芦岭煤矿“5.13”因顶板冲击 引起采空区瓦斯喷出导致瓦斯爆炸事故，2004年 陕西陈家山煤矿 “11.28”综放开采自然发火引发 瓦斯爆炸事故，2005年辽宁孙家湾煤矿“2.14” 综放开采引发矿震导致的瓦斯爆炸事故。 孙家湾”2.14” 事故 背向斜背向斜 3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 煤壁前方煤体与煤壁距离/m 综放开采、中硬顶板 综放开采、坚硬顶板 分层开采、中硬顶板 分层开采、坚硬顶板 大采高采、中硬顶板 大层开采、坚硬顶板 36 33 30 27 24 21 18 15 12 9 6 3 0 工 作 面 超 前 支 承 压 力 /M Pa 不同采法条件下初采期间工作面超前支承压力分布规律曲线 3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 煤壁前方煤体与煤壁距离/m 33 30 27 24 21 18 15 12 9 6 3 0 工 作 面 超 前 支 承 压 力 /M Pa 不同采法条件下正常推采期间工作面超前支承压力分布规律曲线 n非坚硬顶板条件下冲击地压发生 l由于开采深度较大，应力水平相对较高，发生冲击 地压的应力条件较浅部开采时容易满足； l即使顶板为非坚硬顶板，但由于煤层所具有的冲击 倾向性等，本身就具备了发生冲击地压的潜在危险 ； l不同开采方法使煤岩体的采动条件不同，但综放开 采和大采高开采由于煤岩体中的应力集中程度相对 有所降低，且应力峰值位置更靠近煤体深部，更有 利于防止冲击地压的发生和降低冲击所造成的破坏 ； l相同开采深度和煤岩层条件下，分层开采发生冲击 危险性更大，冲击地压灾害的破坏性更加严重。 n4.3 急倾斜特厚煤层开采冲击地压 l华亭煤矿开采10号煤层，煤层倾角45，平均 厚度51.51m，走向长度1200m，属急倾斜特厚 易燃煤层。 l10号煤层伪顶岩性为碳质泥岩及砂岩，赋存不 稳定；直接顶为砂岩或粉砂岩，厚度 1.2619.5m，易垮落，块度大；老顶为粉砂岩 及细砂岩；煤层底板为泥质胶结的中-细砂岩。 l矿井地质构造简单，无大的褶曲和断层。 l2004年6月8日11时30分，在509回风顺槽掘进 工作面发生了严重的冲击地压事故，在距掘进 工作面120m范围内的巷道受到