冲击地压概述.ppt

第一部分冲击地压概述 主讲人孙茂来 1 1冲击地压现象 1 2冲击地压的历史与现状 1 3冲击地压发生的特点 1 4冲击地压分类方法与分类 2 1冲击地压的影响因素 煤矿安全规程 有关规定 1 1冲击地压现象 一 冲击地压概念冲击地压又称岩爆 是指井巷或工作面周围岩体 由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象 常伴有煤岩体抛出 巨响及气浪等现象 它具有很大的破坏性 是煤矿重大灾害之一 定义1 地下工程开挖过程中由于应力释放出现围岩表面自行松弛破坏并喷射出来的现象 定义2 在地应力高的岩体中开挖硐室 围岩应力突然释放 岩块破裂并抛出的动力现象 孙茂来 1 1冲击地压现象 一 冲击地压概念岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象 当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时 破坏了岩体结构的平衡 多余的能量导致岩石爆裂 使岩石碎片从岩体中剥离 崩出 岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏 设备损坏和人员伤亡 已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题 轻微的岩爆仅剥落岩片 无弹射现象 严重的可测到4 6级的震级 一般持续几天或几个月 发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力 并且超过了岩石本身的强度 同时岩石具有较高的脆性度和弹性 这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡 强大的能量把岩石破坏 并将破碎岩石抛出 预防岩爆的方法是应力解除法 注水软化法和使用锚栓 钢丝网 混凝土支护 孙茂来 1 1冲击地压现象 一 冲击地压概念亦称 岩爆 冲击矿压 地下采矿工程中由于作业空间围岩弹性应变能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象 发生时 岩体突然破坏 瞬时释放大量弹性能 并伴有巨大声响 气浪和震动等现象 有时喷出大量的岩石或矿石 对安全生产威胁很大 主要原因是 随着地下采掘工作的进展 岩体和矿体中的应力状态不断发生变化 在矿柱和采空区边缘矿体内及其周围的岩体内 都将产生集中应力 采矿工程中称为 支承压力 当这种应力达到极限状态时 如果岩体或矿体的变形性质与应力的变化速度不相适应 就会突然发生脆性破坏 开采深度愈大 支承压力也愈大 发生冲击地压的可能性也就愈大 在有冲击地压危险的矿井中 预先开采无冲击地压危险的邻近矿层 往矿体或岩体内注水等措施可以预防冲击地压的发生 孙茂来 1 1冲击地压现象 孙茂来 二 冲击地压现象煤岩体突然破坏 瞬时释放大量能量 伴有声响和震动的地压现象 如岩石突然突出或弹射 岩柱崩溃 煤 岩与瓦斯突出等 可一次破坏岩石几吨至上万吨 巷道几米到几十米 还可能波及全矿 造成伤亡 或使部分矿体无法开采 1 1冲击地压现象 采区的采面应朝一个方向推进 避免相向开采造成应力叠加相向采煤时上山煤柱逐渐减小 支承压力逐渐增大 易发生冲击地压 孙茂来 二 冲击地压现象 岩爆造成损害细部 岩块嵌入水管表面 电缆被高速抛出的岩块割断 实验结果表明 岩石弹射速度 50m s 孙茂来 50年代中期印度某金矿巷道中岩爆造成的戏剧性效果 dramaticeffect 岩爆前 中度破坏区 孙茂来 严重破坏区 完全闭合区 孙茂来 冲击矿压 大量煤岩体突然剧烈破坏并向采掘空间剧烈运动的灾害动力现象 可摧毁巷道 引发其他矿井灾害 造成人员伤亡 美国LuckyFriday金属矿采场中发生的岩爆 埋深超过700m 震级3 6 4 2 发生于1988年10月18日 孙茂来 冲击地压 特征1 突发性2 具有破坏性3 具有复杂性 美国LuckyFriday金属矿采场中发生的岩爆 埋深超过700m 震级3 6 4 2 发生于1988年10月18日 孙茂来 随着井工矿井开采深度的增加 煤岩动力灾害 冲击矿压的危险也在逐步增加 原来没有发生过冲击矿压的矿井 现在也开始发生 原来发生过冲击矿压的矿井 现在冲击发生的强度越来越大 发生的次数越来越多 南非某矿岩爆对巷道的破坏 巷道尺寸3m 3m 埋深1540m 震级4 孙茂来 巷道尺寸3m 3m深度2600m震级4 孙茂来 根据发生的地点和位置分类 1 煤体冲击 发生在煤体内 根据冲击深度和强度又分为表面 浅部和深部冲击 2 围岩冲击 发生在顶底板岩层内 根据位置有顶板冲击和底板冲击 06年 9 9冲击地压 事故现场 孙茂来 冲击矿压作为煤岩动人灾害 有记载的第一次发生于1738年英国南史培福煤田 200多年来 其危害几乎遍布世界各采矿国家 英国 德国 南非 波兰 前苏联 捷克 加拿大 日本 法国以及中国等20多个国家和地区都记录有冲击矿压现象 我国煤矿冲击矿压灾害极为严重 我国最早自1933年抚顺胜利矿发生冲击矿压以来 先后在北京 辽源 通化 阜新 北票 枣庄 大同 开滦 天府 南桐 徐州 大屯 新汶等矿务局部相继发生过冲击矿压现象 目前 我国有近50对矿井累计发生过4900多次冲击矿压 造成数以百计的人员伤亡 巷道破坏达30多公里 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 一 国外冲击地压历史与现状冲击地压是煤矿开采过程中 井巷和采场周围煤 岩体在一定高应力条件下释放变形能 而产生的煤岩体突然破坏 垮落或抛出现象 并伴有巨大声响和岩体震动 经常造成支架折损 片帮冒顶 巷道堵塞 人员伤亡 对安全生产威胁巨大 世界上几乎所有国家都不同程度地受到冲击地压的威胁 1783年英国在世界上首先报导了煤矿中所发生的冲击地压现象 以后在前苏联 南非 德国 美国 加拿大 印度 英国等几十个国家和地区 冲击地压现象时有发生 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 一 国外冲击地压历史与现状冲击地压是世界采矿业面临的共同问题 1738年英国在世界上首先报道了冲击地压现象 之后 苏联 南非 德国 波兰 美国 加拿大 日本 法国 印度 捷克 匈牙利 保加利亚 奥地利 新西兰和安哥拉等都记录了冲击地压 目前 有包括我国在内的20多个国家和地区都出现过冲击地压 这一事实表明 世界上几乎所有采矿国家都不同程度地受到冲击地压的威胁 煤矿冲击地压灾害最严重而且防治工作最有成效的国家是苏联 波兰和德国 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 一 国外冲击地压历史与现状1 苏联苏联的冲击地压最早于1947年发生在吉谢罗夫矿区 此后共有9个矿区出现了冲击地压问题 发生冲击地压的一般条件是 初始深度为400 1860m 煤厚为0 5 20m 在各种倾角 各种煤种 包括褐煤 中都记录到冲击地压现象 多数情况下顶板为坚硬砂岩 也有一些煤田是破碎顶板 开采技术条件涉及到刀柱式或长壁式等开采方法 充填或垮落等顶板管理方法 整层或分层开采情况 自1951年起 全苏地质力学及矿山测量研究院 其他研究单位和高等院校等几十个单位 配合国家技术监察部门与生产单位 一起着手解决煤矿的冲击地压问题 经过25年的努力 基本上形成了一整套防治冲击地压的组织管理系统 并制定丁有蔓技术规程 发展并逐步完善了一整套行之有效的防治措施和预报方法 取得了良好效果 冲击次数大为减少 1955 1977年冲击危险矿井数由8个增至36个 而冲击次数由83次降至7次 l980年以后又降至5 6次 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 一 国外冲击地压历史与现状1 苏联在苏联的金属矿中 冲击地压的频度比煤矿要小很多 其主要形为岩石弹射 震动和微冲击 主要发生在北乌拉尔铝土矿等20余个矿 开始出现的深度为300 700m 主要岩石种类为辉绿岩 正长岩 花岗凝灰岩以及铁矿石 铝土矿石 铜矿石 钾盐矿石等 平均单向抗压强100 250MPa 最低25 30MPa 苏联金属矿防治冲击地压的基本措施原则上同煤矿没有差别 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 一 国外冲击地压历史与现状2 波兰波兰有3个井工开采煤田 上西里西亚 下西里西亚和鲁尔林 煤炭产量的98 来自上西里西亚煤田 该煤田中煤的强度为10 35MPa 煤厚0 5 20m 一般为1 5 3 5m 倾角0 45 一般为5 15 平均采深600m 顶板大都为坚硬砂岩 长壁工作面产量占99 其中70 为垮落法开采 其余为水砂充填 上作面平均长150m 日产1300 1400t商品煤 机械化程度为96 2 其中综采占83 7 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 一 国外冲击地压历史与现状2 波兰冲击地压是渡兰煤矿重大灾害之一 最早记载于1958年 目前开采的400号 500号 600号 700号和800号煤层中45 以上的煤层有冲击地压倾向 其中500号煤层组最为严重 开始发生冲击地压灾害的平均采深为400m 随着采深的增加 冲击地压危险越来越严重 冲击地压强度一般为10 10 J 最大是10J 1949 1982年 共发生破坏性冲击地压3097次 造成死亡401人 破坏井巷31万m 波兰很重视冲击地压问题 早在20世纪60年代韧期就着手大力开展科学研究和防治工作 煤层的冲击倾向性实验室测定和井下测定是波兰学者首先倡导并大力发展的 此外 在将岩体声学以及地震法用于矿山冲击危险探测和监测方面 居世界领先地位 由于采取了综合防治措施 保证了安全 促进了生产 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 一 国外冲击地压历史与现状3 德国鲁尔矿区是德国的主要产煤区 也是发生冲击地压的主要矿区 1910 1978年问共记载了危险性冲击地压283次 有冲击倾向性或危险的煤层20余个 其中底克班克 阳光和依达煤层具有最强的冲击倾向性 其抗压强度为10 20MPa 煤种为长焰煤 气煤和肥煤等 冲击地生深度590 1100m 其中850 l000m冲击地压数占75 左右 最大抛出量2000m3 发生冲击地压的煤层厚为1 6m 主要集中在15 2m厚的煤层中 倾角4 44 在德国 产生冲击地压的煤层顶板绝大部分是5 40m的较厚砂岩或其他坚硬岩层 因而 为砂岩顶板是冲击地压危险煤层的主要标志 德国是防治冲击地压较有成效的国家 其防治工作的出发点主要在于实用 由德国所发展的钻孔卸压法 钻屑法等冲击地压预测与防治方法在国际上已被广泛使用 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 一 国外冲击地压历史与现状4 非煤开采中的冲击地压在世界的采矿实践中 冲击地压现象不仅发生在煤矿 也发生在其他矿物的开采过程中 除前述苏联的实例外 开采金属矿发生冲击地压的还有 捷克的普希勃拉姆多种金属共生矿床 奥地利的铅锌矿 美国的铜矿 加拿大的铜镍矿和金矿 印度科拉尔矿区的金矿和采深超过3000m的南非的维持瓦切尔斯兰德金矿 到目前为止 世界范围内最强烈的冲击地压发生在盐矿中 破坏面积达1 3km2 震动传播距离达几百千米 例如 1958年民主德国维尔钾盐公司台尔曼矿所发生的冲击地压 曾被莫斯科 土耳其和两班牙的地震站记录到 此外 冲击地压还发生在露天矿中 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 一 国外冲击地压历史与现状4 非煤开采中的冲击地压综上所述 世界采矿业发生冲击地压的历史已近250年 近30年来 冲击地压所造成的破坏后果日趋严重 引起了各国的关注 目前世界采矿大会国际岩石力学局成立了冲击地压研究小组 冲击地压的研究已成为矿山压力学科中与现代科学联系最密切的一个独立的学科分支 开采引发地震震级 最大5 6级 我国4级 一次性破坏巷道500m 一次3 7级 造成588幢房屋倒塌 1 2冲击地压的历史与现状 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 二 国内冲击地压历史与现状在中国 冲击地压最早于1933年发生在抚顺胜利煤矿 随着我国煤矿开采深度不断增加 开采强度不断加大 冲击地压矿井分布越来越广 北京 抚顺 枣庄 开滦 大同 北票 南桐等矿区多次发生冲击地压事故并导致人员伤亡 据不完全统计 国有矿井有冲击地压纪录的矿井有150多处 随着开采向深部转移 冲击地压问题将更加严重 更加突出 更为普遍 由于冲击地压问题极为复杂 国内外目前尚未建立比较符合实际的冲击地压发生及破坏过程的理论 因而冲击地压的预测 预报及防治并不完备 1 我国冲击地压的主要特点 由于发生冲击地压的条件不同 造成我国冲击地压显现的复杂多样性 其主要特点 1 具有突发性 过程短暂 伴随有强烈的震动和声响冲击地压发生前一般没有明显的宏观前兆 相当多的冲击地压是由爆破 顶板来压等引起的 但也有很多是在没有人员活动的期间内发生的 很难确定诱发因素 冲击地压一般伴随有强烈的震动和声响 最大震级可达M4 3级 地面几千米范围内有震感 孙茂来 2 类型多样我国冲击地压一般表现为煤体的破坏与冲击 但台吉 大台 八一 柴里 潘西及南桐一井等5个矿已发生多次岩爆 我国冲击地压以煤层冲击最常见 也有顶板冲击和底板冲击 房山矿发生的一次冲击地压 底板突然鼓起并开裂成5cm宽的裂缝 在煤层冲击中 绝大多数表现为破碎煤从煤壁抛出 也有极个别情况表现为数十平方米的煤体整体滑移 孙茂来 震级3 7 对上图巷道破坏的推断 估计是由巷道中部岩层的剪切破坏引起的 孙茂来 3 造成的破坏和损失巨大 人员伤亡 冲击地压造成震动使人员碰伤 所造成的冒顶 片帮 支架折断也伤及人员 由于巷道堵塞 人员被埋而窒息 破坏生产 冲击地压造成片帮 底鼓 冒顶可造成几十米巷道被堵塞 几百米巷道支架被损坏 机械设备被移位 风门被暴风摧垮 有的被迫停采 损失煤炭可多达60万t 地面房屋被震坏开裂 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 4 灾害严重程度不同我国煤矿冲击地压的强度 频度 灾害程度 伴生灾害情况等因开采地质条件的不同而差别较大 根据微震检测系统记录 门头沟煤矿 现已关闭 平均每月记录到160次各类冲击和震动 华丰煤矿每月可监测到1000余次各类震动 老虎台煤矿也是冲击地压严重的矿井 每月震动次数达300余次 台吉矿存在岩爆 矿震 岩石突出 煤与瓦斯突出 地温热害等 是我国深井开采多种灾害并存的典型 另外 在发生冲击地压的高瓦斯矿井中 大多同时存在冲击地压及煤与瓦斯突出等两种以上灾害 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 5 发展趋势是逐渐增多 日趋严重1949年以前我国发生冲击地压的矿井只有2个 20世纪50年代增加到7个 60年代为12个 70年代为22个 80年代为32个 90年代为50余个 目前达100多个 随着开采深度的增加 开采范围的矿大和开采强度的加大 近年来虽然采取了不少措施 但全国冲击地压矿井和总的冲击地压次数并未减少 因此 我国煤矿的开采实践看 冲击地压灾害将更加严重 孙茂来 2 我国冲击地压的研究概况我国从20世纪70年代末期开始系统地开展冲击地压的研究工作 并将其作为国家 六五 七五 科技攻关项日进行了有针对性的重点研究 在充分吸收国外理论研究成果的基础上 在冲击地压发生机理和预测与防治方面取得了一定的成绩 1983年煤层注水与深孔卸载爆破技术得到实施 1984年引进波兰SAK地音监测系统和SYILOK微震监测系统 并用于冲击地压预测 1987制定了我国第一部 冲击地压煤层安全开采暂行规定 1990年成功开发了BD4 1型便携式地音仪 1992年成功研MA0104E型简易地音监测系统 等等 在理论研究方面 煤炭科学研究总院北京开采所 现开采研究分院 中国矿业大学 辽宁工程技术火学先后在冲击倾向性测定指标 冲击地压发生条件及冲击地压失稳理论等方面提了自己的理论观点 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 2 我国冲击地压的研究概况在冲击地压预测与防治方面 结合我国冲击地压矿区实际情况 先后发展与完善了冲击倾向性实验法 钻屑法 地质动力区划法 应力测量法 地音监测及微震监测法等预测方法 随着计算机技术的发展 计算机数值模拟已运用于冲击地压的危险性评价 在冲击地压的防治方面 国内主要发展与完善了保护层开采 煤层注水 煤层卸载爆破 深孔断顶爆破等方法 井对煤层钻孔卸压 煤层顶底板处理等措施进行了局部解危试验 目前国内进行冲击地压研究的单位主要有煤炭科学研究总院北京开采分院 中国矿业大学和缸宁工程技术大学等 1 2冲击地压的历史与现状 孙茂来 1 2冲击地压的历史与现状 三 江苏境内煤矿冲击倾向徐矿集团 大部分都有张双楼三河尖庞庄夹河张集旗山诧城大屯公司 姚桥孔庄徐庄 在做鉴定 华润天能 沛城 孙茂来 冲击矿压作为人为诱发的地震 危害性很大 采矿诱发的地震达3 4级 最大5 6级 三河尖矿冲击矿压情况 1995 08 18冲击矿压发生区 1995 12 25冲击矿压发生区 1992 2 24冲击矿压发生区 1993 05 25冲击矿压发生区 孙茂来 1 3冲击地压发生特点 由于发生冲击地压的条件不同 造成冲击地压显现的复杂多样性 其主要特点 1 具有突发性 过程短暂 伴随有强烈的震动和声响冲击地压发生前一般没有明显的宏观前兆 相当多的冲击地压是由爆破 顶板来压等引起的 但也有很多是在没有人员活动的期间内发生的 很难确定诱发因素 冲击地压一般伴随有强烈的震动和声响 最大震级可达M4 3级 地面几千米范围内有震感 孙茂来 1 3冲击地压发生特点 2 类型多样我国冲击地压一般表现为煤体的破坏与冲击 但台吉 大台 八一 柴里 潘西及南桐一井等5个矿已发生多次岩爆 我国冲击地压以煤层冲击最常见 也有顶板冲击和底板冲击 房山矿发生的一次冲击地压 底板突然鼓起并开裂成5cm宽的裂缝 在煤层冲击中 绝大多数表现为破碎煤从煤壁抛出 也有极个别情况表现为数十平方米的煤体整体滑移 孙茂来 1 3冲击地压发生特点 3 造成的破坏和损失巨大 人员伤亡 冲击地压造成震动使人员碰伤 所造成的冒顶 片帮 支架折断也伤及人员 由于巷道堵塞 人员被埋而窒息 破坏生产 冲击地压造成片帮 底鼓 冒顶可造成几十米巷道被堵塞 几百米巷道支架被损坏 机械设备被移位 风门被暴风摧垮 有的被迫停采 损失煤炭可多达60万t 地面房屋被震坏开裂 孙茂来 1 3冲击地压发生特点 4 灾害严重程度不同我国煤矿冲击地压的强度 频度 灾害程度 伴生灾害情况等因开采地质条件的不同而差别较大 根据微震检测系统记录 门头沟煤矿 现已关闭 平均每月记录到160次各类冲击和震动 华丰煤矿每月可监测到1000余次各类震动 老虎台煤矿也是冲击地压严重的矿井 每月震动次数达300余次 台吉矿存在岩爆 矿震 岩石突出 煤与瓦斯突出 地温热害等 是我国深井开采多种灾害并存的典型 另外 在发生冲击地压的高瓦斯矿井中 大多同时存在冲击地压及煤与瓦斯突出等两种以上灾害 孙茂来 1 3冲击地压发生特点 5 发展趋势是逐渐增多 日趋严重1949年以前我国发生冲击地压的矿井只有2个 20世纪50年代增加到7个 60年代为12个 70年代为22个 80年代为32个 90年代为50余个 目前达100多个 随着开采深度的增加 开采范围的矿大和开采强度的加大 近年来虽然采取了不少措施 但全国冲击地压矿井和总的冲击地压次数并未减少 因此 我国煤矿的开采实践看 冲击地压灾害将更加严重 孙茂来 1 3冲击地压发生特点 直接将煤岩动力抛向巷道 引起强烈震动 产生强烈声响 造成岩体的破断和裂缝扩展突发性 无预兆 过程短暂 持续时间几秒到几十秒 难于准确预报发生时间 地点和强度瞬时震动性 像爆炸强烈震动 重型设备被移动 人员被弹起摔倒 震动波及范围可达几公里甚至几十公里 地面有地震感觉巨大破坏性 大量煤体突然抛出 堵塞巷道 破坏支架 造成惨重的人员伤亡和巨大的生产损失复杂性 各种条件和采煤方法均出现过 孙茂来 1 4冲击地压分类方法及分类 一 冲击地压分类概述1 冲击地压的分类方法概述目前 国际上还没有形成统一的冲击地压分类方法和方案 就我国而言 冲击地压的分类方法有以下几种 按参与冲击地压的岩体类别分类 按应力来源和加载形式分类 按显现强度分类 按震级及抛出煤量分类 按冲击地压的破坏后果分类 应该指出 上述分类方法在具体矿井冲击地压分类中具有可操作性 能够被技术和管理人员所接受 孙茂来 1 4冲击地压分类方法及分类 2 冲击地压的分类 原煤炭部1983年9月颁布采用两种分类指标 1 根据破坏后果划分 一般冲击地压 对生产的破坏后果轻微 不需要进行修复 破坏性冲击地压 对生产造成一定的破坏 需要进行修复工作 冲击地压事故 由于冲击地压及其伴随现象 冒顶 瓦斯突出等 造成的人员伤亡事故 或由于井巷或采场被破坏造成工作中断8h以上的冲击地压 2 根据引起的地震震级划分按里氏震级划分为6个等级 孙茂来 冲击地压按显现强度分级 一 冲击地压分类概述 1 4冲击地压分类方法及分类 二 冲击地压分类方法及分类冲击地压可根据应力状态 显现强度和发生的不同地点和位置进行分类 1 根据原岩 煤 体的应力状态分类 1 重力应力型冲击地压 主要受重力作用 没有或只有极小构造应力影响的条件下引起的冲击地压 如枣庄 抚顺 开滦等矿区发生的冲击地压 2 构造应力型冲击地压 主要受构造应力 构造应力远远超过岩层自重应力 的作用引起的冲击地压 如北票矿务局和天池煤矿发生的冲击地压 3 中间型或重力 构造型冲击地压 主要受重力和构造应力的共同作用引起的冲击地压 孙茂来 1 4冲击地压分类方法及分类 2 根据冲击的显现强度分类 1 弹射 单个碎块从煤岩体表面弹射出来 并伴有强烈的声响 2 矿震 它是煤 岩内部的冲击矿压 即深部的煤或岩体发生破坏 但煤 岩并不向已采空间抛出 只有片帮或塌落现象 但煤或岩体产生明显震动 伴有巨大声响 有时产生煤尘 较弱的矿震称为微震 也称为 煤炮 3 弱冲击 煤或岩石向已采空间抛出 但对支架和设备无损害 围岩震动 伴有很大声响 产生煤尘 在瓦斯煤层中可能有大量瓦斯涌出 4 强冲击 部分煤或岩体急剧破坏 大量的煤或岩石向已采空间抛出 出现支架折损 设备移动和围岩强烈震动 伴有巨大声响 形成大量煤尘 孙茂来 二 冲击地压分类方法及分类 1 4冲击地压分类方法及分类 3 根据震级强度和抛出的煤量分类 1 轻微冲击 抛出煤量在10t以下 震级在1级以下的冲击地压 2 中等冲击 抛出煤量在10t 50t以下 震级在1级 2级的冲击地压 3 强烈冲击 抛出煤量在50t以上 震级在2级以上的冲击地压 一般面波震级Ms 1时 矿区附近部分居民有震感 Ms 2时 对井上下有不同程度的破坏 Ms 2时 地面建筑物将出现明显裂缝破坏 孙茂来 二 冲击地压分类方法及分类 1 4冲击地压分类方法及分类 a 在被巷道切割的煤柱中 b 在煤层边缘部分 c 在连续煤体中 d 在掘进的煤层巷道中 e 在被巷道从煤体分离出来的煤柱中 f 在有底板或顶板破坏的巷道中 g 初次放顶时顶板折断处 孙茂来 二 冲击地压分类方法及分类 强冲击 1 4冲击地压分类方法及分类 4 根据发生的地点和位置分类 1 煤体冲击 发生在煤体内 根据冲击深度和强度又分为表面 浅部和深部冲击 2 围岩冲击 发生在顶底板岩层内 根据位置有顶板冲击和底板冲击 孙茂来 二 冲击地压分类方法及分类 1 4冲击地压分类方法及分类 冲击矿压可分为由采矿活动引起的采矿型冲击矿压和由构造活动引起的构造型冲击矿压 采矿型冲击矿压可分为压力型 冲击型和冲击压力型 压力型冲击矿压是由于巷道周围煤体中的压力由亚稳态增加至极限值 其聚集的能量突然释放 冲击型冲击矿压是由于煤层顶底板厚岩层突然破断或位移引发的 它与震动脉冲地点有关 在某种程度上 构造型冲击矿压也可看作为冲击型 冲击压力型冲击矿压则介于上述两者之间 当煤层受较大压力时 来自围岩内不大的冲击脉冲作用下发生的冲击矿压 孙茂来 二 冲击地压分类方法及分类 1 4冲击地压分类方法及分类 冲击地压是一种复杂的矿山动力现象 其形成的力学环境 发生的地点 宏观和微观上的显现形态多种多样 冲击破坏强度和所造成的破坏程度也各不相同 由于冲击地压发生的机理存在不同的理论 有各自不同的发生条件和判别准则 客观上不同矿井的冲击地压的成因和显现特征也不同 即使同一矿井 由于地质构造 变化 开采条件和开采方法的差异 也使得冲击地压的成因 性质 特征 震源部位和破坏程度不同 综上所述 冲击地压存在不同的种类 不能用同一机理去解释不同冲击地压的成因和现象 更不能用单一方法或措施去预测和防治冲击地压 通过对我国冲击地压严重的矿井进行案例分析 综合冲击地压案例研究成果 将冲击地压分为巷道发生的冲击地压与工作面发生的冲击地压两类 孙茂来 1 4冲击地压分类方法及分类 1 掘进冲击地压发生的条件和破坏的特点掘进冲击地压发生在掘进工作面推进的过程中 其中 在原始应力场中掘进煤巷发生冲击的条件是 1 煤层强度较高 含水率低 加压时发生脆性破坏 即有 冲击倾向性 2 巷道围岩中的应力达到冲击破坏的极限 在单一重力应力场条件下达到这一极限的 临界开采深度 一般在700 800m以上 对于存在构造应力的原始应力场 在开采深度超过500 600m的厚煤层中掘进 即有可能出现顶煤冲击破坏的事故 孙茂来 1 4冲击地压分类方法及分类 1 掘进冲击地压发生的条件和破坏的特点在受采动影响的应力场中掘进巷道 发生冲击地压的煤层条件和应力极限要求与原始应力场中掘进的巷道一样 但考虑极限应力实现的条件时 不能再只是简单的与原始应力的性质大小和相应的开采深度联系在一起 相反必须把掌握不同开采深度和不同采动条件下 重新分布的应力场特征及其形成和发展规律放在首要的地位 孙茂来 1 4冲击地压分类方法及分类 2 回采冲击地压发生条件和破坏的特点回采冲击地压发生在回采工作面推进的过程中 回采冲击地压发生的条件是 煤层具有 冲击破坏的倾向 煤层和上覆岩层中积聚的应力和弹性 能达到足以产生冲击震动和围岩破坏的极限 回采工作面冲击地压的力 能 源 包括煤层在大面积悬露的上覆岩层压力作用下被压缩弹性能 和高强度大厚度坚硬顶板弹性弯曲变形储存的弹性能 煤层埋藏深度及由高强度坚硬顶板所决定悬露面积愈大 相应的能级将愈高 采动诱发和顶板自身裂断破坏诱发和释放的能量愈高 波及的范围将愈大 工作面及相临巷道中的冲击破坏也将愈严重 回采工作面推进过程中发生的冲击地压 包括工作面采动或老顶裂断诱发煤层压缩弹性能释放及处于大面积弹性弯曲状态的厚煤层坚硬顶板裂断 造成的冲击地压两种类型 孙茂来 2 1冲击地压的影响因素 冲击地压的发生与采动影响密切相关 但并不是只有采动影响就会发生冲击地压 引起冲击地压发生的影响因素分为三类 煤矿地质因素 开采技术条件因素 组织管理措施因素 孙茂来 1 煤矿地质因素对冲击地压的影响 1 开采深度开采深度越大 冲击地压发生的可能性也越大 见图2 1 横坐标为采深 纵坐标为冲击指数Wt 即开采百万吨煤炭的冲击地压次数 从图中可知 当采深H 350m时 发生冲击地压的可能性较小 350m H 500m时 在一定程度上危险逐步增加 采深从500m开始 随着开采深度的增加 发生冲击地压的次数急剧增加 冲击危险性急剧加大 当采深为800m时 冲击指数 Wt 0 57 比采深为500m时 Wt 0 04 增加了近14倍 我国四川天池煤矿的情况与此类似 如图2 2所示 图中纵坐标为冲击地压次数 横坐标为开采深度 从图中可以看出 采深700m时发生冲击地压的次数大大高于采深400m时的次数 孙茂来 2 煤矿地质因素对冲击地压的影响 孙茂来 2 1冲击地压的影响因素 我国煤矿开采实践表明 矿井不是在开始投产时就发生冲击地压 而是在开采到一定深度后才发生冲击地压 通过综合分析我国部分冲击地压矿井的开采技术条件 表2 1列出了我国部分煤矿发生冲击地压的临界开采深度 由表2 1和图2 2可知 在中国煤矿的条件下 发生冲击地压的最小采深为200 540m 平均为380m 表2 1我国部分煤矿发生冲击地压的临界采深 2 1冲击地压的影响因素 2 1冲击地压的影响因素 2 煤层的物理力学性质我国冲击地层矿井煤层的单轴抗压强度大15MPa 坚硬 脆 自然含水率低 最大不超过4 见表2 2 孙茂来 3 顶板岩层的物理力学性质我国冲击地压矿井的煤层顶板一般都坚硬 难冒 见表2 3 孙茂来 2 1冲击地压的影响因素 4 煤岩层的结构特点 三硬 结构 即硬顶 硬煤 硬底结构 从冲击地压机理上分析 这是煤岩体内存储大量弹性变形能的前提条件 我国一部分冲击地压矿井的条件就是这种结构类型 如大同忻州窑矿 北京门头沟矿 枣庄陶庄矿 开滦唐山矿 新汶华丰矿 徐州三河尖矿等 孙茂来 2 1冲击地压的影响因素 硬顶 薄软层 煤层结构 即在煤层与顶板岩层之间存在薄软层结构 并且冲击地压多在煤层结构变化 煤岩层具有一定倾角的条件下发生 在这种条件下发生的冲击地压占有一定的比率 在我国主要冲击地压矿井都存在这种煤岩结构特征 软煤 硬煤 孙茂来 2 1冲击地压的影响因素 5 地质构造因素地层的多次运动形成了各种各样的地质构造 如断层 褶曲 背向斜 煤层厚度变化带及岩性变化带等 在这些地质构造区附近 由于存在着地质构造应力场 通常使煤岩体的构造应力 尤其是水平构造应力增加 而直接导致冲击地压的发生 大量冲击地压实践表明 冲击地压常常发生在这些地质构造区域中 如向斜轴部 断层附近 煤层倾角变化带 煤层变薄带和构造应力带 孙茂来 2 1冲击地压的影响因素 2 开采技术条件对冲击地压的影响开采技术条件对冲击地压的影响表现在两个方面 一方面是因为开采导致煤岩体的应力迅速增加 在一定区域 一定范围内形成高应力集中 满足了冲击地压发生的应力条件 另一方面 原本具有高应力的煤岩体或接近极限状态的煤岩体 在采动条件作用下 诱发冲击地压 孙茂来 1 采煤方法 巷道布置与顶板管理方法对冲击地压发生的影响采煤方法 巷道布置形式 顶板管理方法的不同 煤岩体在掘进和采煤过程中矿山压力及其分布规律也显著不同 发生冲击地压的危险性也各异 开采近距离煤层群时 不同煤岩层之间存在着相互影响的情况 这种相互影响在一定条件下就会导致煤岩体处于极限应力状态或出现高度的应力集中 最终发生破坏性的冲击地压 为了实现对冲击地压煤岩层的合理开拓布置 在开采设计阶段 就应该正确地 最大限度地选择合理的开采布置和最大限度地限制在采场或巷道附近形成高度应力集中 孙茂来 1 规则地进行采煤不留或少留煤柱 尽可能保证工作面成直线 不使煤层有向采空区突出的地段 在煤层中掘巷量最少 限制采场和巷道附近的应力集中 等等 用房柱式开采法因顶板长时间不能冒落 矿山压力随工作面继续推进而增加 顶板下沉和底板鼓起也随之增大 这就可能造成潜在危险 煤层或矿柱上的不均匀载荷及其应力松驰可能使一些矿柱上应力水平提高很大 成为导致冲击地压的附加因素 大量实践表明 长壁工作面是冲击地压煤层最有利的采煤方法 孙茂来 2 1冲击地压的影响因素 2 顶板及时垮落顶板管理方式对冲击地压的影响甚为显著 这是因为 顶板岩层的悬 断 垮 冒 直接关系到顶板岩层中弹性能的释放形式和向煤体传递应力和弹性能的能力 甚至直接关系到煤体是否会受到动载的影响 因为 动载的作用将会加剧冲击地压的发生 破坏更加剧烈 采用垮落法或采用人工爆破方法处理顶板后 由于顶板中的弹性能能够及时释放 冲击地压发生次数和强度均显著下降 孙茂来 2 采掘顺序对冲击地压发生的影响 采掘顺序直接影响煤岩层矿山压力的分布与大小 也直接影响冲击地压的发生 1 多煤层开采顺序多煤层即煤层群开采的条件下 通常采用下行开采 上层煤开采结束后 待煤岩体应力重新分布且稳定后再开采下层煤 能够保证下层煤应力的平稳与降低 从而起到降低冲击危险的目的 采用上行开采时 下层煤的开采将有利于对上层煤的解放 使之应力降低 从而降低冲击危险性 相反 如果上 下煤层同时开采且相互影响 煤岩体的应力将发生叠加 应力集中强度增大 冲击危险性增大 孙茂来 2 1冲击地压的影响因素 2 单一煤层开采单一煤层开采时 巷道和采煤工作面的相向推进 在采煤工作面或煤柱中的支承压力带内掘进巷道 在工作面向采空区或断层带推进等 都会使应力发生叠加 从而引起冲击地压的发生 如图2 7所示 当两个工作面相向推进时 前方煤体的应力会不断因叠加而增大 此时 发生冲击地压的危险性也不断增大 当掘进工作面在煤柱中掘进时 由于煤柱区附近为应力集中区 因此 在该区域内进行掘进 必然会增大冲击地压发生的频率和强度 孙茂来 2 1冲击地压的影响因素 3 煤柱对冲击地压发生的影响 煤柱是产生应力集中的地点 孤岛形和半岛形煤柱可能受几个方向集中应力的叠加作用 如图2 8所示 从图2 8中可以清楚地看到 煤柱附近煤体应力集中程度大 因而在煤柱附近最易发生冲击地压 煤柱上的集中应力不仅对本煤层开采具有影响 还会向相邻煤层传递 对相邻煤层的应力条件构成影响 甚至导致冲击地压的发生 开采煤柱容易引起冲击地压 特别是回收煤柱的工作面接近采空区时 孙茂来 2 1冲击地压的影响因素 4 其他开采技术对冲击地压发生的影响影响冲击地压的开采技术条件还包括采煤工艺过程 如爆破 采煤机割煤等 1 残采残采区和停采线冲击地压发生影响较大 从统计结果看 89 的冲击地压发生在残采区 停采线 断层区域和煤层超采的地方 发生冲击地压的区域如表2 4 孙茂来 2 采空区和开采面积当工作面接近已有的采空区 其距离为20 30m时 冲击地压危险性随之增加 如果工作面旁边有上区段的采空区 该采空区也使冲击地压的危险性增加 危险的最大位置在距煤柱10m左右 当采面接近老巷约15m左右时 冲击地压的危险性最大 在煤层开采面积增加的情况下 岩体的震动能量也随之增加 研究表明 当开采面积为3万m2时 释放的单位面积的震动能量最大 孙茂来 煤矿安全规程 冲击地压的规定 江苏煤矿安全监督局 通知 苏煤安 2003 105号煤监一处关于印发 江苏煤矿冲击地压防治暂行规定 的通知徐矿集团 大屯煤电公司 有关市煤炭公司 矿务局 徐州煤矿安全监察办事处 现将 江苏煤矿冲击地压防治暂行规定 印发给你们 请遵照执行 二 三年七月二日 孙茂来 煤矿安全规程 冲击地压的规定 江苏煤矿冲击地压防治暂行规定冲击地压是一种威胁煤矿安全生产的重大灾害之一 随着矿井开采深度的增加和因矿井资源的枯竭而导致对边角煤柱开采的增多 冲击地压现象的发生有增加的趋势 为了减少冲击地压现象的发生 降低冲击地压造成的损失 根据 煤