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冲击地压理论及技术 2008年5月 提纲 1基本概念2基本理论3冲击地压预测与防治技术4冲击地压实例 1基本概念 冲击地压冲击倾向性冲击危险性冲击地压 岩爆 矿震冲击地压预测冲击地压防治 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 巷道冲击地压描述 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 又有显著差异震级 烈度 震源分级分类 应以破坏为主 失稳 破坏 过程 局部性 岩爆现象描述 冲击倾向性冲击危险性冲击地压预测冲击地压防治不是单一的概念 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 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 内在因素 冲击倾向性 力源因素 采动应力集中 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 组合煤岩的摩擦滑动失稳实验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冲击后主要表现为煤体的冲出 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 分析结果 砂岩 煤试样 粘滑现象砂岩 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 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 4 1华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压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4 9m的粉砂岩 单轴抗压强度为69 6MPa 单轴抗拉强度为3 81MPa 老顶总厚度为78m 其中第一分层22m 为中细和中粗砂岩 第二分层厚56m 为中细砂岩 老顶之上为70m泥岩和红土层 红土层之上为500m以上的坚硬砂砾岩 经实验室测定 华丰煤矿4层煤的动态破坏时间DT为30 46ms 弹性能量指数为10 16 冲击能量指数为4 9 5 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 4 2深部开采非坚硬顶板条件冲击地压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 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 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 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 非坚硬顶板条件下冲击地压发生由于开采深度较大 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 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 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 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 4 3急倾斜特厚煤层开采冲击地压华亭煤矿开采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 10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 26 19 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 矿井地质构造简单 无大的褶曲和断层 2004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范围内的巷道受到冲击破坏 6 8 动压事故位置示意图 巷道