掘进工作面推进冲击地压原因及条件ppt课件

1、2022-4-281掘进任务面推进冲击地压缘由及条件：掘进任务面推进冲击地压缘由及条件： 在有冲击地压危险的煤层条件下掘进巷道，冲击地压在有冲击地压危险的煤层条件下掘进巷道，冲击地压发生和实现的条件如下图。发生和实现的条件如下图。2022-4-282 a 留小煤柱留小煤柱“内应力场范围内掘进内应力场范围内掘进 在在“内应力场构成和稳定之前开掘巷道图中内应力场构成和稳定之前开掘巷道图中1位置，存在冲击地压危险采深大于位置，存在冲击地压危险采深大于300m； 在在“内应力场构成稳定后图中内应力场构成稳定后图中2位置，开掘位置，开掘巷道可以防止冲击地压发生；巷道可以防止冲击地压发生； 在未经采动释放

2、的构造应力场中掘进巷道，将有瓦在未经采动释放的构造应力场中掘进巷道，将有瓦斯和煤层同时突出的危险。斯和煤层同时突出的危险。 b 大煤柱护巷方案大煤柱护巷方案 高应力区开掘巷道采深大于高应力区开掘巷道采深大于300400m时，存在时，存在冲击地压危险；冲击地压危险； 在低应力区开掘巷道，在采深小于在低应力区开掘巷道，在采深小于600800m时，将时，将防止冲击地压的发生。防止冲击地压的发生。2022-4-283回采任务面推进过程中冲击地压发生缘由及实现条件：回采任务面推进过程中冲击地压发生缘由及实现条件： a.回采任务面内冲击地压发生和实现的条件回采任务面内冲击地压发生和实现的条件 单一重力场冲

3、击地压将发生在巩固岩层顶板第一次单一重力场冲击地压将发生在巩固岩层顶板第一次裂断开场到采场第一次来压阶段完成，推进间隔裂断开场到采场第一次来压阶段完成，推进间隔 接近任接近任务面长度的时的范围内。务面长度的时的范围内。“内应力场构成之后的采场推内应力场构成之后的采场推进全过程中，出现冲击地压的能够性将很小。进全过程中，出现冲击地压的能够性将很小。2022-4-284 .临近构造应力场应力顶峰区掘进开切眼至巩固岩层临近构造应力场应力顶峰区掘进开切眼至巩固岩层裂断来压完成期间时，一直存在冲击地压的要挟，进入出裂断来压完成期间时，一直存在冲击地压的要挟，进入出现现“内应力场的正常推进阶段后，冲击地压

4、事故灾祸出内应力场的正常推进阶段后，冲击地压事故灾祸出现的能够性同样将很小。现的能够性同样将很小。2022-4-285 b.回采巷道冲击地压实现的条件回采巷道冲击地压实现的条件在采场推进全过程中，伴随巩固顶板裂断，一直存在诱在采场推进全过程中，伴随巩固顶板裂断，一直存在诱发冲击地压的要挟；发冲击地压的要挟；1S1S0S032S10S1S02022-4-2861S1S0S032S10S1S0随采场推进和巩固顶板跨落，以及支承压力的添加，伴随巩固顶板裂断，回采巷道破坏的范围将进一步加大，进入正常阶段将到达最大化2022-4-2871S1S0S032S10S1S0受两侧巩固顶板悬露，支承压力叠加的影

5、响，回风巷道冲击地压破坏的范围远比运输巷道大得多。2022-4-288(2)煤柱充填护巷控制冲击地压的优势煤柱充填护巷控制冲击地压的优势沿空掘巷沿空掘巷“U型通风方案型通风方案 a.实现了在稳定内应力场掘进，从而防止了掘进中冲击实现了在稳定内应力场掘进，从而防止了掘进中冲击地压和瓦斯煤层突出事故的能够性。地压和瓦斯煤层突出事故的能够性。 b.排出了护巷煤柱聚集高强度紧缩弹性能的条件，使回排出了护巷煤柱聚集高强度紧缩弹性能的条件，使回风巷道一直处于已破坏的煤壁缓冲维护之下。风巷道一直处于已破坏的煤壁缓冲维护之下。2022-4-289沿空留巷沿空留巷“Y型通风方案型通风方案 a.防止了在应力顶峰区

6、，高强度紧缩弹性能的部位开掘防止了在应力顶峰区，高强度紧缩弹性能的部位开掘回风巷道引发冲击地压的能够性。回风巷道引发冲击地压的能够性。 b.防止了回采任务面推进回风巷道发生冲击地压灾祸的防止了回采任务面推进回风巷道发生冲击地压灾祸的能够性。能够性。mEmzKAmzhhchrmEmzhcKminmzhd2022-4-28102.1.3无煤柱充填开采方式运用的水害控制研讨根底无煤柱充填开采方式运用的水害控制研讨根底 (1)顶板透水事故的预测和控制相关信息根底顶板透水事故的预测和控制相关信息根底HBLiL0LBLhhHhL0d1d1e1d2d2e2d3e3d3BLh2022-4-2811(2)底板突

7、水事故的预测和控制相关信息根底底板突水事故的预测和控制相关信息根底破维护煤柱留设表示图 2022-4-2812留煤柱与不留煤柱与突水的关系图(a)(b)2022-4-2813 针对煤炭高效平安开采，特别是艰苦事故预测和控制针对煤炭高效平安开采，特别是艰苦事故预测和控制需求在宽广现场工程实际根底上，逐渐开展和完善的需求在宽广现场工程实际根底上，逐渐开展和完善的“实实用矿山压力控制实际研讨的相关成果，包括采场推进上覆岩用矿山压力控制实际研讨的相关成果，包括采场推进上覆岩层运动和应力场应力大小分布开展变化规律的研讨，以及层运动和应力场应力大小分布开展变化规律的研讨，以及以此为根底的用于指点事故灾祸预

8、测和控制决策的采场结以此为根底的用于指点事故灾祸预测和控制决策的采场结构模型建立的研讨，为无煤柱平安高效开采优化设计和实施奠构模型建立的研讨，为无煤柱平安高效开采优化设计和实施奠定了实际根底。定了实际根底。2.2无煤柱充填开采方式方案设计的工程实际根底无煤柱充填开采方式方案设计的工程实际根底2022-4-2814涉及无煤柱充填开采方式优化设计和有效实施的工程涉及无煤柱充填开采方式优化设计和有效实施的工程实际实际根底包括以下三个部分：根底包括以下三个部分：(1)(1)采场推进覆岩运动和支承压力分布开展规律及采场构采场推进覆岩运动和支承压力分布开展规律及采场构造模造模型建立的研讨型建立的研讨 以艰

9、苦事故和环境灾祸控制为目的的采场覆岩运以艰苦事故和环境灾祸控制为目的的采场覆岩运动及支承压动及支承压力开展变化规律的研讨，及以此为根底的采场构造模型力开展变化规律的研讨，及以此为根底的采场构造模型建立的相关建立的相关研讨成果，充分论证了无煤柱充填开采方式推行运用的研讨成果，充分论证了无煤柱充填开采方式推行运用的重要意义。重要意义。采场推进实现垮落的岩层和坚持向煤壁前方传送作用采场推进实现垮落的岩层和坚持向煤壁前方传送作用力联络的力联络的裂断岩梁传送岩梁运动和相关的支承压力分布开展裂断岩梁传送岩梁运动和相关的支承压力分布开展规律如图规律如图1 1所示：包括推进至任务面长度所示：包括推进至任务面长

10、度L0L0时，裂断岩梁开时，裂断岩梁开展到最上部展到最上部最大裂断拱高时的第一次来压阶段和坚持相对稳定最大裂断拱高时的第一次来压阶段和坚持相对稳定的拱高，所的拱高，所有岩梁进入周期性裂断的正常推进阶段。有岩梁进入周期性裂断的正常推进阶段。2022-4-2815 到达任务面长度时，沿任务面长度方向切割提示的裂断到达任务面长度时，沿任务面长度方向切割提示的裂断拱内岩层和两侧煤壁上的支承压力分布情况如图拱内岩层和两侧煤壁上的支承压力分布情况如图2 2所示。所示。图图1 1 推进方向采场裂断拱开展变化表示图推进方向采场裂断拱开展变化表示图2022-4-2816图图2 2 采场推进间隔采场推进间隔 L0

11、L0时采场构造模型时采场构造模型2022-4-2817采场构造模型建立与相关事故发生缘由条件及事故控制采场构造模型建立与相关事故发生缘由条件及事故控制的关系采场及预备巷道推进产生的促使围岩向已采空间运动的的关系采场及预备巷道推进产生的促使围岩向已采空间运动的矿山压力及其显现是煤矿顶板、瓦斯、冲击地压等艰苦事故的矿山压力及其显现是煤矿顶板、瓦斯、冲击地压等艰苦事故的根源。研讨不同采动条件下矿山压力大小、分布及覆岩运动破根源。研讨不同采动条件下矿山压力大小、分布及覆岩运动破坏的规律，包括受采动影响运动和破坏的岩层范围和受采动影坏的规律，包括受采动影响运动和破坏的岩层范围和受采动影响重新分布的应力场

12、范围及其应力大小分布的特征，以及他们响重新分布的应力场范围及其应力大小分布的特征，以及他们在构成和开展过程与相关事故和环境灾祸间的关系，是煤矿重在构成和开展过程与相关事故和环境灾祸间的关系，是煤矿重大事故和环境灾祸控制的根底。大事故和环境灾祸控制的根底。2022-4-2818 我们把描画不同开采深度和覆岩情况等既定条件的我们把描画不同开采深度和覆岩情况等既定条件的煤层，在不同采动条件煤层，在不同采动条件( (包括采高、任务面长度及开采程包括采高、任务面长度及开采程序等序等) )下覆岩运动破坏和矿山压力大小、分布及其随采场下覆岩运动破坏和矿山压力大小、分布及其随采场推进开展规律的模型定义为采场构

13、造力学模型。针对详推进开展规律的模型定义为采场构造力学模型。针对详细煤层条件和采动条件包括任务面长度、采高和开采细煤层条件和采动条件包括任务面长度、采高和开采程序等，科学正确的建立起该构造模型和确定相关构程序等，科学正确的建立起该构造模型和确定相关构造参数，是实现该任务面推进过程中事故、环境灾祸控造参数，是实现该任务面推进过程中事故、环境灾祸控制、相邻采场回采巷道掘进预备、回采推进过程中的事制、相邻采场回采巷道掘进预备、回采推进过程中的事 故和环境灾祸控制的根底。故和环境灾祸控制的根底。2022-4-2819 图图3 3为近程度煤层当任务面推进到任务面长度后采场进入正为近程度煤层当任务面推进到

14、任务面长度后采场进入正常推进阶段平行任务面切割的采场构造力学模型。显然，假设常推进阶段平行任务面切割的采场构造力学模型。显然，假设该任务面长度条件下构成的破坏拱沟通上部含水层，采场透水该任务面长度条件下构成的破坏拱沟通上部含水层，采场透水事故即不可防止。同样，假设上部存在有高含瓦斯的煤层或者事故即不可防止。同样，假设上部存在有高含瓦斯的煤层或者着火的煤层与之沟通，采场推进过程中就有发生瓦斯和火灾等着火的煤层与之沟通，采场推进过程中就有发生瓦斯和火灾等艰苦事故的能够性。艰苦事故的能够性。图图3 采场构造模型图采场构造模型图2022-4-2820 图中图中1 1、2 2、3 3为该任务面的相邻接续

15、采场回风道能够的位为该任务面的相邻接续采场回风道能够的位置。显然，假设巷道选择在煤层曾经破坏的置。显然，假设巷道选择在煤层曾经破坏的“内应力场内应力场中，即中，即图中图中1 1的位置，且其是在涉及内应力场受力大小的破坏拱内岩的位置，且其是在涉及内应力场受力大小的破坏拱内岩层完全稳定之后开掘，那么冲击地压、瓦斯爆炸和瓦斯突出等重层完全稳定之后开掘，那么冲击地压、瓦斯爆炸和瓦斯突出等重大事故就可以防止。该巷道支护需求思索控制的岩层，仅仅是大事故就可以防止。该巷道支护需求思索控制的岩层，仅仅是老塘曾经垮落的部分老塘曾经垮落的部分( (即直接顶即直接顶) )，因此支护受力很小，维护也，因此支护受力很小

16、，维护也比较容易。比较容易。 相反，假设该巷道开掘在采场应力顶峰的部位，即图中相反，假设该巷道开掘在采场应力顶峰的部位，即图中2 2的位置，在煤层存在着瓦斯突出、冲击地压倾向的条件下，的位置，在煤层存在着瓦斯突出、冲击地压倾向的条件下，不采取特殊解危措施，那么相关艰苦事故将不可防止，在该位不采取特殊解危措施，那么相关艰苦事故将不可防止，在该位置开掘巷道，其变形破坏假设将涉及到下部承压水源的断层置开掘巷道，其变形破坏假设将涉及到下部承压水源的断层破坏区，底板突水事故即有能够发生。显然，在高应力区开破坏区，底板突水事故即有能够发生。显然，在高应力区开掘和维护的巷道，即使开掘的时间在上部采场稳定之后

17、都会掘和维护的巷道，即使开掘的时间在上部采场稳定之后都会是困难的。接续任务面推进时叠加的支承压力将到达难以承是困难的。接续任务面推进时叠加的支承压力将到达难以承受的限制，巷道维护将极其困难。受的限制，巷道维护将极其困难。2022-4-2821 在采用煤柱护巷条件下，回采任务面推进产生冲击地压、瓦在采用煤柱护巷条件下，回采任务面推进产生冲击地压、瓦斯突出事故时，煤柱维护的风巷破坏范围要比机巷大得多。此时斯突出事故时，煤柱维护的风巷破坏范围要比机巷大得多。此时在预留同样煤柱宽度的位置在预留同样煤柱宽度的位置3 3掘进下区段回风巷引起相关的事故将掘进下区段回风巷引起相关的事故将不可防止。相反，假设采

18、用在图不可防止。相反，假设采用在图4 4中中4 4的位置实施在稳定的内应力场的位置实施在稳定的内应力场中 送 巷 ， 那 么 上 述 事 故 灾 祸 即 可 完 全 防 止 。中 送 巷 ， 那 么 上 述 事 故 灾 祸 即 可 完 全 防 止 。1S1S0S032S10S1S0图4 冲击地压与采场支承压力分布关系2022-4-2822 在有冲击地压和煤层突出危险的任务面发生的相关事故与在有冲击地压和煤层突出危险的任务面发生的相关事故与覆岩运动和应力场分布开展间的关系如图覆岩运动和应力场分布开展间的关系如图5 5所示，即任务面推进至所示，即任务面推进至接近任务面长度接近任务面长度“内应力场内

19、应力场产惹事故发生的能够性很大，进入正产惹事故发生的能够性很大，进入正常推进的平稳阶段，有足够宽度的内应力场缓冲，任务面很难出常推进的平稳阶段，有足够宽度的内应力场缓冲，任务面很难出现灾祸性的事故。现灾祸性的事故。图5 正常推进阶段冲击地压发生的规律2022-4-2823 在消费现场针对详细煤层条件，建立用以预测和控制相关在消费现场针对详细煤层条件，建立用以预测和控制相关事故发生的采场构造模型，包括模型组成和相关构造参数确实事故发生的采场构造模型，包括模型组成和相关构造参数确实定，普通包括以下三个步骤：定，普通包括以下三个步骤：运用实际模型，针对详细煤层地质条件和采场条件推断运用实际模型，针对

20、详细煤层地质条件和采场条件推断模 型 构 造 组 成 和 相 关 构 造 参 数 ， 即 实 际 推 断 阶 段 ；模 型 构 造 组 成 和 相 关 构 造 参 数 ， 即 实 际 推 断 阶 段 ； 经过对经过对“建模的试采任务面的实测研讨，校验实际模型和建模的试采任务面的实测研讨，校验实际模型和相关构造参数计算数学模型，以及所用岩石力学参数的正确性相关构造参数计算数学模型，以及所用岩石力学参数的正确性，即现场实测研讨阶段；，即现场实测研讨阶段； 在实测研讨的根底上调整相关计算数学模型和相应的力在实测研讨的根底上调整相关计算数学模型和相应的力学参数，完成适用于本煤层不同采深和不同条件事故预

21、测和控学参数，完成适用于本煤层不同采深和不同条件事故预测和控制决策的制决策的“采场构造模型建立。采场构造模型建立。2022-4-2824(2)(2)在在“内应力场内应力场 掘进和维护巷道的矿压控制实际研讨掘进和维护巷道的矿压控制实际研讨 图6 采场推进“内应力场范围煤层压力和紧缩过程2022-4-2825 采场两侧煤壁上接受的压力随任务面推进开展变化采场两侧煤壁上接受的压力随任务面推进开展变化的规律如图的规律如图6 6所示。其中任务面从推进开场至所示。其中任务面从推进开场至“a+ba+b处处范围表达了该区间破坏前后，在采场支承压力作用下受范围表达了该区间破坏前后，在采场支承压力作用下受力变化的

22、过程。由此继续推进至任务面长度力变化的过程。由此继续推进至任务面长度L0L0范围的压范围的压力曲线，那么表达了已破坏的煤壁即已构成的力曲线，那么表达了已破坏的煤壁即已构成的“内应内应力场中在裂断拱内岩层沉降运动作用下受力大小变力场中在裂断拱内岩层沉降运动作用下受力大小变化的过程。图中相关曲线分别表达了裂断拱内垮落矸石化的过程。图中相关曲线分别表达了裂断拱内垮落矸石在裂断岩梁下沉压力作用下压实过程中，在裂断岩梁下沉压力作用下压实过程中，“内应力场内应力场煤壁上接受的压力进入稳定的开展过程。煤壁上接受的压力进入稳定的开展过程。2022-4-2826 显然，等到任务面推进至显然，等到任务面推进至Lm

23、axLmax，即岩梁沉降稳定后开场沿，即岩梁沉降稳定后开场沿空送巷并坚持一定的滞后间隔空送巷并坚持一定的滞后间隔 ，巷道接受的压力将很小，不，巷道接受的压力将很小，不超超过垮落的直接顶作用力。同样，假设采用沿空留巷方案，在工过垮落的直接顶作用力。同样，假设采用沿空留巷方案，在工作面推进作面推进LmaxLmax后再让巷旁充填资料接受压力，那么要求充填资后再让巷旁充填资料接受压力，那么要求充填资料料阻抗力可以减少到足以抗衡垮落直接顶的作用即可。阻抗力可以减少到足以抗衡垮落直接顶的作用即可。 巷道表达上述构造模型侧帮煤柱上接受的垂直压力表达式巷道表达上述构造模型侧帮煤柱上接受的垂直压力表达式为：为：

24、2AinSPSSCDAPoZZZSrmA20sdedrmDniiiiiinASSSEedCmax0max11AonSSedSDEmax11max2022-4-2827(3)(3)沉陷控制研讨的相关实际成果沉陷控制研讨的相关实际成果 经过不同任务面长度和开采深度条件下地表沉陷经过不同任务面长度和开采深度条件下地表沉陷实测分析研讨笼统建立的采动沉陷预测控制构造力学实测分析研讨笼统建立的采动沉陷预测控制构造力学模型如图模型如图7 7所示。所示。0y0 m ax图图7 7 采动沉陷预测控制构造力学模型采动沉陷预测控制构造力学模型2022-4-2828其中其中 裂断拱两侧煤壁紧缩量裂断拱两侧煤壁紧缩量

25、裂断拱上部岩层最大挠曲沉陷值裂断拱上部岩层最大挠曲沉陷值 表土含水层水位下降后紧缩沉陷值表土含水层水位下降后紧缩沉陷值00maxy0y0其中其中 沉陷岩层面积沉陷岩层面积 开采深度开采深度 沉陷岩层边境挪动角沉陷岩层边境挪动角 采场支承压力分布范围采场支承压力分布范围 煤层抗压刚度煤层抗压刚度SGQySTS302)22(0pTSHctgHSLQTSQHSSG上述公式近似计算可表示为：上述公式近似计算可表示为：在既定任务面长度在既定任务面长度L0条件下的地表最大沉陷值条件下的地表最大沉陷值max为为2022-4-2829图8 采场支承压力三维构造力学模型 既定任务面长度下，支承压力范围既定任务面长度下，支承压力范围S分布如图分布如图8所示模型由所示模型由以下平衡方程表示：以下平衡方程表示：2022-4-2830裂断拱上岩层挠曲沉陷值可用下式近似计算：裂断拱上岩层挠曲沉陷值可用下式近似计算： 其中其中 E-E-岩层弹性模量岩层弹性模量 p-p-岩层容重岩层容重Eapp 既定采深既定采深H H和任务面和任务面L0L0条件下的沉陷范围条件下的沉陷范围SbSb可由下式表示：可由下式表示：)22(0ctgHSLSb302022002)(2)(132LHHHLHHanCbb2022-4-2831 针对煤炭高效平安开采，特别是艰苦事故预测和控制针对煤炭高效平安开采，特别是艰苦事