采矿专业 毕业论文 冲击地压防治技术研究与应用

冲击地压防治技术研究与应用专业采矿工程班级姓名目录摘要IIABSTRACTIII1冲击地压的特征12冲击地压发生的原因23冲击地压的影响因素44冲击地压的预测及治理541冲击地压的预测542冲击地压的治理6总结9致谢10参考文献11摘要通过对煤矿发生冲击地压现象的现状、特点及影响因数分析，提出并制定了适合条件的冲击地压危险预测方法和解危措施。关键字冲击地压；解危措施；效果检验；安全开采ABSTRACTKEYWORD1冲击地压的特征冲击地压是采场周围煤岩体,在其力学平衡状态破坏时,由于弹性变形能的瞬间释放而产生一种以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象。冲击地压是一种特殊的矿山压力显现。其显现强度特征一般为弱冲击、强冲击、弹射、矿震、岩爆、煤炮、冲击波、弹性振动等,常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象其发生突然剧烈,冲击波力量巨大,瞬间摧毁巷道、采煤工作面和设备,伤击人员。煤矿冲击地压显现主要表现在2个方面。一、是矿井表现出明显的动力现象，在巷道的开拓掘进与工作面生产过程中经常听到煤炮声；二、是部分巷道围岩稳定性较差，巷道支架损坏、底鼓严重、两帮变形量增大，巷道维护困难。通过某煤矿的现场观测和矿压资料收集，对煤矿的矿山压力现象进行了总结，其特点如下1突发性、偶然性。例如某矿九采区已开采完5个工作面，未发生过冲击地压事故，该次事故发生前现场也没发现应力变化的前兆信息，事故具有明显的突发性、偶然性。2瞬时性。破坏过程持续时间相当短暂，并产生了强烈震动，强大的冲击波造成了大量煤尘飞扬，发出振动和响声，巨大的能量在瞬时被释放。3巨大的破坏性。动力现象发生后损坏支架、破坏巷道甚至造成人员伤亡。巷道顶底板、两帮移近量大，巷道破坏较严重。4有别于瓦斯突出。在动力现象发生后，通过现场进行瓦斯含量测量发现瓦斯含量没有明显增加，这就否定了煤与瓦斯突出的可能性。2、冲击地压发生的原因冲击地压发生原因有内因、外因两种因素内因包括煤层本身的物理属性、煤层原岩应力状态外因包括采深、采动集中应力主要为超前支承压力、煤柱集中应力等、放炮诱发等。冲击地压发生的内因1煤层具有冲击倾向性冲击地压的发生与煤岩体物理力学性质有直接关系。煤炭科学研究总院北京开采研究所对华丰煤矿4层煤冲击倾向性试验结果表明,华丰煤矿4层煤具有强烈冲击倾向性,其直接顶具有中等冲击倾向性。2砾岩活动是发生冲击地压的主要力源该煤矿4层煤上方基本顶为70余米厚的砂岩层,随着工作面的推进周期性跨落其上为40余米厚的红土层,随基本顶的跨落而弯曲下沉再上部为500800M的巨厚砾岩层,砾岩层完整性较强,抗压及抗拉强度均较大,采后不易冒落下沉,导致砾岩层与红土层之间产生离层空间。随着采空面积的加大,巨厚砾岩层形成板状悬空岩梁,砾岩层原来的应力状态发生改变,从而增加了未采4层煤的应力水平。当板状砾岩层悬露面积达到一定程度后,开始缓慢下沉并周期性断裂跨落,砾岩层的断裂跨落对下部的煤岩体产生冲击载荷,从而加剧了4层煤工作面煤体的应力集中程度,导致4层煤工作面冲击危险增强,因此,巨厚砾岩层是发生冲击地压的主要力源。冲击地压发生外因1采深大应力高该煤矿首次冲击地压发生在538M水平,垂深为668M,即冲击地压发生临界深度为668M,开采大于该深度就有可能发生冲击地压。目前矿井最大开采深度为1230M,4层煤工作面开采深度已达970M,已远远超过该深度。随着4层煤工作面采深的加大,自重应力已超过4层煤的抗压强度,较高的原岩应力易使煤体产生应力集中而破坏。2煤柱集中应力的影响为满足煤层防火的要求,相邻采区之间和上下阶段之间留有采区和阶段隔离煤柱,现场实测和数值计算结果表明,4层煤柱应力集中峰值范围为712M,当煤柱尺寸12M后,在煤柱内部将产生叠加应力,从而为煤柱冲击提供了基础应力条件。3工作面采动集中应力和周期来压的影响观测结果表明,4层煤工作面超前支承压力集中范围为535M,应力集中系数为25,但上方砾岩层的超前压力影响范围达120M。因此,4层煤工作面采动集中应力对工作面影响较为明显。4层煤分层开采时上分层工作面周期来压强度最大达510KN/M2,来压较为强烈。据不完全统计,4层煤冲击地压83发生在顶板来压期间,且对工作面超前压力影响范围破坏最为严重。4工作面推采速度的影响回采工作面推采过大后,工作面煤体集中应力得不到及时释放,容易造成应力集中,因此工作面推采速度也是影响冲击地压发生的因素之一。5放炮诱发回采工作面放炮容易造成煤岩体能量释放,因此工作面放炮是诱发冲击地压的主要工序,据统计,煤矿放炮诱发冲击地压占75以上。3、冲击地压的影响因素随着煤矿开采深度的逐年增加，煤岩动力现象逐渐显现并趋于严重。对击地压发生的原因是多方面的，通过系统的分析翻究总结影响该煤矿煤岩冲击现象的主要因素为1煤岩的性质。该煤矿煤的冲击倾向性为强冲击倾向。2围岩性质。主要是顶板岩性和厚度及其吞煤层开采后的可冒性，是影响冲击地压的重要因素。特别是基本顶为厚层砂岩或其他坚硬岩层、确板也是坚硬岩层结构的煤层更具冲击危险性。3开采深度。开采深度愈大，煤体应力愈高，煤体变形和积蓄的弹性能也愈大。该煤矿93上04工作面目前开采深度在685M，具有开采深度大的特点。4地质构造的影响。通常，在地质构造带日中尚存有一部分地壳运动的残余应力，形成构造力。在煤矿中常有断层、褶曲和局部异常带，冲地压常发生在这些构造应力集中的区域。该煤矿西部基本上是一单斜构造，故垂直和水平应力均，压应力，最易发生冲击地压现象。5采煤方法的影响。采用综放开采技术进季生产的矿井，其影响范围大一般工作面超前承压力影响范围达60M以上，应力绝对值增加但集中程度降低。相对而言，综放开采工作面的冲击地压危险性比单一煤层或分层开采的工作面的击地压危险性小一些，但由于其影响范围大，故工作面周围的冲击地压危险性将会升高。6煤柱的影响。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，因而在煤柱附近最易发生冲击地压。该煤矿93上04工作面采用3条巷道布置且中间巷沿3上层顶板布置，中间巷与回风巷及运输巷的距离分别为60，91M，开采煤层平均厚度521M，所以中间巷与回风巷的煤柱宽度正处在煤柱冲击危险的临界宽度范围内。4、冲击地压灾害预测预报及治理41冲击地压灾害预测方法1经验类比法经验类比法是预测采区或工作面冲击危险程度和区域的常用方法。工作面开采或巷道掘进前,利用经验类比法对工作面进行冲击危险程度划分,采空区边缘、断层附近、煤柱区等均为冲击危险程度相对较高的部位,应优先进行防冲治理。2煤粉监测法煤粉监测是操作方便、效果明显的一种冲击危险监测措施。监测方法使用MSZ12电煤钻、42套节麻花钎子配42钻头打眼,从孔口开始每米收集1次煤粉,并用弹簧秤称其重量记录在记录表上,每打完1个孔,必须立即将结果填入记录表,当监测煤粉量超过危险煤粉量时,预报有冲击危险。再利用电磁辐射法进行校核监测,当两种监测手段均有冲击危险时,应及时实施卸压爆破,炮后再打12个煤粉监测孔,校验卸压效果,如不能消除冲击危险,必须继续实施卸压爆破,直至消除冲击危险。3电磁辐射监测法电磁辐射监测是近几年由中国矿业大学发展研究的一种新型冲击危险监测方法,利用KBD5型流动电磁辐射仪和KBD7电磁辐射监测系统对工作面进行电磁辐射监测。操作简便,实用性较强。4工作面矿压监测法每班对上、下平巷超前支柱进行阻力监测,找出工作面超前支承压力影响范围及应力集中系数,确定超前支护距离及方式。根据阻力大小预报工作面顶板来压及应力集中区域。在工作面中部布置2个测区,测区间距20M,每个测区包括2个支架,重点对工作面支架阻力进行循环监测,然后画出监测曲线,预测工作面顶板来压情况,结合其他监测手段预报工作面冲击危险度。同时对每个支架都安设自动测压表,一方面可以对支架初撑力进行监控,另一方面可以对工作面顶板来压情况进行全面预报分析。5微震监测法利用短周期地震仪监测记录05级以上冲击发生的次数及冲击地压释放的能量。利用此趋势预测预报近期冲击地压发生的趋势及应力释放情况。在定位系统建成之前,采用现在的地震仪现行监测。6钻孔应力计监测法在工作面上、下平巷超前100M均匀埋设钻孔应力计,对巷道煤体应力变化情况进行监测。钻孔应力计设在上平巷下帮、下平巷上帮,孔口距底板05M,沿煤层倾角布置,孔距20M,孔深10M。每小班监测2次,画出每台应力计的监测结果,找出应力集中地点及集中范围,配合其他手段实现工作面冲击危险的准确预报。42冲击地压治理的措施根据施工技术、现场工作实际、施工观测记录和现场劳动组织管理，煤矿建立冲击地压治理的措施应该包括以下几个方面（1）煤岩体冲击倾向鉴定判别煤层和围岩冲击倾向的强弱，是预测和防治工作的基础。冲击倾向性是煤岩介质产生冲击破坏的固有能力或属性，是冲击地压发生的必要条件。（2）综合指数法综合指数法是在分析各种采矿地质影响冲击地压发生因素的基础上，确定采掘工作面周围采矿地质条件的每个因数对冲击地压的影响程度，以及确定各个因数对冲击地压危险状态影响的指数，将其综合起来就可以形成冲击地压危险状态等级评定的综合指数法。冲击矿压危险状态是随着采矿地质条件的变化而在时间和空问上发生变化的，综合考虑南屯煤矿的实际情况，得出确定冲击地压危险程度的综合指数为084，有强冲击危险；下一步工作面的开采工作应与该危险状态下的冲击地压防治措施一起进行。（3）钻屑法及电磁辐射监测法预测冲击地压的常规方法主要根据2个条件，一是煤的冲击倾向，二是支承压力带特征，即支承压力峰值大小及其距煤壁的远近。如果支承压力参数达到临界值，并且煤层又具有冲击倾向，那么冲击地压就有可能发生。而支承压力带参数的测定，一般多采用钻屑法探测。煤岩体的受载变形破坏过程及原岩应力区的重新分布变化，一般采用电磁辐射技术探测。7开采解放层为从根本上治理冲击地压,华丰煤矿实施了开采解放层方案,首先开采弱冲击倾向且没有出现冲击地压现象的6层煤,然后在解放范围内开采4层煤。研究结果表明,在保护角内4层煤顶底板围岩应力得到较大范围和幅度的降低,直接底、直接顶、基本顶应力降低幅度约35。实施解放层开采后,冲击现象明显降低。8合理开采各煤层、水平、阶段、采区应按合理顺序开采,避免相向回采和形成孤岛煤柱。采用长壁开采方法,冒落法管理顶板。厚层坚硬砂岩顶板大面积悬顶时,应进行强行放顶。采用无煤柱护巷,尽量不留煤柱,少掘巷道。开拓巷道及永久峒室,应布置在岩层或无冲击地压危险的煤层中。9煤层注水煤层注水可以使煤的结构发生改变，降低煤体的强度；使得煤体积蓄弹性能的能力下降，以塑性变形能方式消耗弹性能的能力增加。通过现场矿压观测记录的数据可知煤层注水后，工作面支承压力的峰值降低，应力集中系数明显降低，顶板下沉速度明显增加，煤层的普氏系数降低，塑性增加。煤层注水可有效防治和减弱冲击地压的危险性。结合93上04工作面的实际生产和管理情况，煤层注水采用与工作面煤壁平行的长钻孔高压注水法。注水和采煤工作基本保持同步作业，但一定保证注水的超前时间应低于3个月，因为随着时间的推移，注水效果会降低。这种方法可以最大限度地使用机械，而且注水工作可在冲击地压危险区域外进行，比较适合该矿这种具有强冲击倾向的复合煤层。10爆破卸压工作面开采期间,可对工作面煤体进行超前松动爆破和卸压爆破。松动爆破是一种超前治理措施,卸压爆破是一种被动卸压治理措施,当监测到有冲击危险后,应立即实施卸压爆破。卸压孔深710M,孔间距不5M,每次引爆45个卸压孔,以提高卸压效果。另外,还可在切眼掘进期间应用过大钻孔卸压措施在煤柱集中应力区应用巷道卸压等措施。总结本文提出了实用的冲击地压的评价及预测方法、实用解危措施和相应冲击压治理效果检验措施以及冲击地压应急预案。通过生产实践证明，这些方法和措施具有良好效果，保证了有冲击倾向煤层的安全开采。于中国