冲击地压-潘立友heb

1、潘潘 立立 友友1、冲击地压概述与知识储备、冲击地压概述与知识储备2、冲击地压发生原因及实现条件、冲击地压发生原因及实现条件3、冲击地压预测关键技术、冲击地压预测关键技术4、工程缺陷理论与创新技术、工程缺陷理论与创新技术5、冲击地压防治实践、冲击地压防治实践单一重力应力场单一重力应力场（重力型）（重力型）掘进工作面冲击地压掘进工作面冲击地压原始应力场掘进巷道原始应力场掘进巷道采动应力场掘进巷道采动应力场掘进巷道构造复合应力场构造复合应力场（构造型）（构造型）单一重力应力场单一重力应力场（重力型）（重力型）构造复合应力场构造复合应力场（构造型）（构造型）控控制制措措施施预预测测方方法法判判断断准

2、准则则破破坏坏特特点点实实现现条条件件发发生生原原因因回采冲击地压回采冲击地压煤层压缩弹性能释放煤层压缩弹性能释放坚硬顶板弯曲弹性能释放坚硬顶板弯曲弹性能释放单一重力应力场单一重力应力场（重力型）（重力型）构造复合应力场构造复合应力场（构造型）（构造型）单一重力应力场单一重力应力场（重力型）（重力型）构造复合应力场构造复合应力场（构造型）（构造型）初采阶段初采阶段初采阶段初采阶段正常推进阶段正常推进阶段正常推进阶段正常推进阶段发发生生原原因因实实现现条条件件判判断断准准则则预预测测方方法法控控制制措措施施破坏范围超过破坏范围超过100m。65065065065010001000切 眼 扩 宽

3、前 支 设2300单 体转 载 机72004306切 眼单 体80045岩 石 集 中 运 输 巷2005.1.3事 故 现 场 平 面 示 意 图一 分 层 ： 93.01.03 93.11.01二 分 层 ： 00.03.12 00.10.2401.11.01开采99.07.02开采97.04.16停采94.03.21停采切 眼 导 峒 冒 顶 处 断 面 示 意 图说 明 ： 1、A处 冒 顶 173# 181#钢 带 ；B处 冒 顶 188# 195#钢 带 ；C冒 顶 215# 224#钢 带 。 2、 43上 05面 切 眼 全 长 195m， 已 掘 193m。 3、 巷 道 冒

4、 高 约 2.0m。CCBB巷中1450600C-C断 面 B-B断 面 巷中8001250巷中A-A断 面 1250距 4305运 顺 巷 中 124.9m681003 2 0 02 9 0 02 7 0 02 5 0 01 7 0 02 0 0 01 6 0 0A冒 顶 区60006000B冒 顶 区530016000C冒 顶 区6800280002 0 0 02 0 0 04305轨 顺切 眼 停 头 位 置2000中 、 细 砂 岩 （ 15.6 20.0m）粉 砂 岩 （ 2.0m）2005.1.3事 故 现 场 剖 面 示 意 图第 二 部 刮 板 运 输 机第 一 部 刮 板 运

5、 输 机综 掘 机通 向 北 翼 西 皮 上 山43上 05运 输 顺 槽43上 05-1轨 道 顺 槽43上 05轨 道 顺 槽北边界轨道巷43上 05轨 道 顺 槽 43上 05 回 采 面 切 眼消火道一分层停采线43上 05-2(南 ） 工 作 面 停 采 线 43上 05回 采 工 作 面 43上04 （ 分 层 综 放 ） 43上04 综 采 面 切 眼 43上 06 （ 综 放 ） 43上 06 综 放 面 切 眼 143上 02（ 分 层 综 采 ） 43上04 （ 分 层 综 放 ）四采区皮带上山四采区轨道上山四 号 提 斜溜 煤二 号 提 斜43上04轨 道 顺 槽43上

6、05运 输 顺 槽43上05-1运 输 顺 槽45岩 石 集 中 运 输 巷五 中 车 场 （ 东 ）中 间 结 束 提 斜溜 煤五 中 车 场 （ 西 ）溜 煤溜 煤六 中 车 场46岩 石 集 中 轨 道 巷四 号 提 斜4306轨 道 顺 槽 43上 06 （ 综 放 ）二 号 提 斜新 一 号 提 斜一 号 提 斜 43上 05（ 分 层 综 采 ）1 4 3 0 2 运 输 顺 槽200370043上05切 眼 导 峒 断 面锚 杆 20 L=1800 间 排 距 800运 输 机3200巷中2007007007007007003800锚 杆 22 L=2400 间 排 距 800锚

7、 索 15.2 L=4800 间 排 距 1600掘 进 迎 头冒 顶 区 域6 8 . 1 m48m切 眼 导 峒85m掘 进 迎 头严重破坏范围严重破坏范围68m。更为严重更为严重 、更为突出、更为突出、 更为普遍更为普遍深部开采更需要理论创新与技术突破深部开采更需要理论创新与技术突破应力场：应力场：地应力场（地应力场（stress field in the earths crust）：）： 古构造、现代古构造、现代 地壳或地球体内，应力状态随空间点的变化，称为地应力场。地壳或地球体内，应力状态随空间点的变化，称为地应力场。采动应力场：开采活动形成采动应力场：开采活动形成 受采掘影响在岩体

8、内重新分布后形成的应力。受采掘影响在岩体内重新分布后形成的应力。背景应力场：历史演化背景应力场：历史演化支护应力场：人为支护应力场：人为 支护应力场，简单的可以认为是提供一个用以弥补由于巷道开挖支护应力场，简单的可以认为是提供一个用以弥补由于巷道开挖卸载造成的应力损失而人为构造的一种应力场。卸载造成的应力损失而人为构造的一种应力场。相对应力场：次生相对应力场：次生扰动应力场：深井与软岩扰动应力场：深井与软岩孤岛煤柱支承压力孤岛煤柱支承压力分布图（一般应力分布）分布图（一般应力分布） 孤岛煤柱支承压力孤岛煤柱支承压力分布图（高应力分布）分布图（高应力分布） 孤岛煤柱支承压力孤岛煤柱支承压力分布图

9、（极限应力分布）分布图（极限应力分布） 结构失稳与应力释放：结构失稳与应力释放：结构失稳：地质结构、采场结构结构失稳：地质结构、采场结构 静结构、动结构静结构、动结构 主动结构、被动结构主动结构、被动结构应力释放：应力释放： 构造型构造型 重力型重力型 复合型复合型矿震在空间内的失稳为主要类型冲击地压是应力的扰动下破坏与能量释放为主研究冲击地压等动力问题所需的基础知识研究冲击地压等动力问题所需的基础知识（1）地质、采矿等描述性工程类专业知识）地质、采矿等描述性工程类专业知识 地质工程专业知识：岩土工程设计、岩土工程勘察、岩土工程施工、地质工程专业知识：岩土工程设计、岩土工程勘察、岩土工程施工、

10、工程地质、建筑基础工程施工、地质灾害评价与防治、地下矿产的钻孔工程地质、建筑基础工程施工、地质灾害评价与防治、地下矿产的钻孔开采与利用、非开挖施工技术、岩土工程施工管理等。开采与利用、非开挖施工技术、岩土工程施工管理等。 采矿工程专业知识：采矿学、矿井通风与安全、井巷工程、矿山压力、采矿工程专业知识：采矿学、矿井通风与安全、井巷工程、矿山压力、电工与电子技术、采矿机械、矿山企业管理技术经济分析等。电工与电子技术、采矿机械、矿山企业管理技术经济分析等。挂图研判挂图研判-识别识别-参入，参入，（2）力学知识）力学知识 工程力学工程力学|（理论力学、材料力学）、弹性力学、塑性力（理论力学、材料力学）

11、、弹性力学、塑性力学、断裂力学、岩石力学、结构力学、突变理论、分形力学、学、断裂力学、岩石力学、结构力学、突变理论、分形力学、混沌学、小波理论、数理统计、数值模拟计算科学、实验力混沌学、小波理论、数理统计、数值模拟计算科学、实验力学等系列基础知识。学等系列基础知识。本质性的重要差别开采程序开采方法量级影响正比非线性开采参数覆岩强度（悬露面积）开采深度煤层压缩弹性能)(开采深度顶底板岩性强度及厚度构造弯曲度随动岩层厚度及开采深度支托岩层岩性强度及厚重力弯曲）弹性能顶底板岩层弯曲（压缩1S1S0S032S10S1S0 冲击地压事故发生的基本原因冲击地压事故发生的基本原因 利用开采判定预测方法进行冲

12、击地压危险性判定，必须了解以下内容和参数： （1）煤层和围岩的地质力学特点 （2）煤层自然参数 （3）开采参数（3）开采判定法）开采判定法最基础方法最基础方法随深度、构造的显现规律分析；显现的差异性锚杆挂不住。 冲击危险监测设计；力学机制分析与预警物理量确定；冲击危险监测设计；力学机制分析与预警物理量确定； 预警指标动态设计；现场实施预警指标动态设计；现场实施 动态协同管理。动态协同管理。（4）远程监测）远程监测协同方法协同方法1号号3、4、5号号 技技术术路路线线 依依 据冲击地压发生的条件和显现规律，防治冲击地压的基本原理和措施分为以据冲击地压发生的条件和显现规律，防治冲击地压的基本原理和

13、措施分为以下下4个方面：个方面：（1）战略性战略性或区域性防范措施，按照围岩应力分布规律，进行合理的或区域性防范措施，按照围岩应力分布规律，进行合理的开采设计开采设计（系统改造）（系统改造），控制围岩应力的集中程度，从而避免产生大量的弹性能积聚，消除，控制围岩应力的集中程度，从而避免产生大量的弹性能积聚，消除产生冲击地压的根源，杜绝或减轻冲击危险，其特点是在完备程度上具有彻底性，产生冲击地压的根源，杜绝或减轻冲击危险，其特点是在完备程度上具有彻底性，在时间上具有长期性，在空间上具有区域性；在时间上具有长期性，在空间上具有区域性；-全局性的工程理论体系思考全局性的工程理论体系思考（2）战术性战术

14、性或局部性的解危措施，即采用卸压钻孔、诱发爆破、煤体高压注水等或局部性的解危措施，即采用卸压钻孔、诱发爆破、煤体高压注水等措施对已形成冲击危险或具有潜在冲击危险的地段进行解危处理，改变煤岩体自身措施对已形成冲击危险或具有潜在冲击危险的地段进行解危处理，改变煤岩体自身的结构及物理力学性质，以减弱其积聚和释放弹性能的能力，减轻或消除重点部位的结构及物理力学性质，以减弱其积聚和释放弹性能的能力，减轻或消除重点部位的冲击危险性，这是局部地段安全开采的前提；的冲击危险性，这是局部地段安全开采的前提；-重点区域技术突破重点区域技术突破（3）监测措施，即采用钻屑法、地音或微震法监测，监测冲击地压的危险程度和

15、）监测措施，即采用钻屑法、地音或微震法监测，监测冲击地压的危险程度和解危效果，为采取针对性的防治措施、指导采掘工作提供依据，这是一侦察性、探解危效果，为采取针对性的防治措施、指导采掘工作提供依据，这是一侦察性、探明性的措施；明性的措施；-工程查体（培训、更新）工程查体（培训、更新）（4）被动性的防护措施，即在危险地段，采用加强支护、宽巷掘进等方法，尽量）被动性的防护措施，即在危险地段，采用加强支护、宽巷掘进等方法，尽量避免冲击地压所造成的人员伤害和设备损坏。避免冲击地压所造成的人员伤害和设备损坏。-安全管理（危险源识别）安全管理（危险源识别） （让压等） （让压等） （1）缺陷介质特征）缺陷介

16、质特征 采矿工程面对的介质是由各种岩石组成的地质体，是在各种宏观地质界采矿工程面对的介质是由各种岩石组成的地质体，是在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带、接触带、片理等）分割下形成的有一定结构的地面（断层、节理、破碎带、接触带、片理等）分割下形成的有一定结构的地质介质。其工程性质变得复杂，其复杂性表现为：质介质。其工程性质变得复杂，其复杂性表现为： 不连续性不连续性-非均匀性非均匀性-各向异性各向异性-存在天然应力场存在天然应力场 、温度场、温度场等。等。 地下采矿工程中面对的工程岩体存在断层、空洞、断裂面等缺陷地下采矿工程中面对的工程岩体存在断层、空洞、断裂面等缺陷 。 （2）缺陷分类）缺

17、陷分类 原始缺陷与工程缺陷原始缺陷与工程缺陷 原始缺陷：原始缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷 。 通过有目的人为通过有目的人为开挖与施工开挖与施工，制造出的空间称为工程缺陷，工程缺陷与，制造出的空间称为工程缺陷，工程缺陷与其周围的破坏裂隙岩体共同组成其周围的破坏裂隙岩体共同组成工程缺陷体工程缺陷体。 工程缺陷包括人为施工形成自身工程缺陷和工程与原始缺陷的复合体工工程缺陷包括人为施工形成自身工程缺陷和工程与原始缺陷的复合体工程缺陷。程缺陷。（3）缺陷防冲力学机制）缺陷防冲力学机制 （4）缺陷防冲原理）缺陷防冲原理 （4）缺陷防冲原理）缺陷防冲原理 弹性波在岩体中

18、传播时，其穿透情况决定于裂隙密度与其填充物，弹弹性波在岩体中传播时，其穿透情况决定于裂隙密度与其填充物，弹性波不能穿过被空气充填的裂隙介质，也较难穿越充水裂隙，但能穿越固性波不能穿过被空气充填的裂隙介质，也较难穿越充水裂隙，但能穿越固体充填物。所以工程缺陷体的充填介质是空气与水，对弹性波有阻止作用。体充填物。所以工程缺陷体的充填介质是空气与水，对弹性波有阻止作用。 缺陷体的高密度缺陷结构对破坏与能量的传递作用具有很好的阻抗性，缺陷体的高密度缺陷结构对破坏与能量的传递作用具有很好的阻抗性，不同密度的缺陷体，在相同接触爆破条件下，不同缺陷密度花岗岩的破裂不同密度的缺陷体，在相同接触爆破条件下，不同

19、缺陷密度花岗岩的破裂模式。图中明确表示，缺陷密度越大，破坏范围越小。说明缺陷体具有吸模式。图中明确表示，缺陷密度越大，破坏范围越小。说明缺陷体具有吸能抗冲击作用。能抗冲击作用。-（体积（体积7.2:1） 截流前后工作面应力分布状态截流前后工作面应力分布状态 （1）缺陷原理下的开采设计）缺陷原理下的开采设计 冲击矿井煤层坚持冲击矿井煤层坚持“以控制采掘空间围岩应力集中程度、在缺陷体内布以控制采掘空间围岩应力集中程度、在缺陷体内布置巷道与硐室为目标置巷道与硐室为目标 ” 1-未掘巷道；未掘巷道；2-巷道处于低应力区；巷道处于低应力区；3-巷道处于高压力区巷道处于高压力区保护层开采主应力图保护层开采

20、主应力图 工作面离开断层推进；采用适宜的采煤方法（冲击体成缺陷体）；采空工作面离开断层推进；采用适宜的采煤方法（冲击体成缺陷体）；采空区处理方法（形成无灾缺陷）。区处理方法（形成无灾缺陷）。（2）工程立体型缺陷技术）工程立体型缺陷技术 开采保护层会引起部分岩体变形、移动和破坏，这部分岩体范围称作工程立体缺开采保护层会引起部分岩体变形、移动和破坏，这部分岩体范围称作工程立体缺陷。冲击矿井煤层坚持陷。冲击矿井煤层坚持“以控制采掘空间围岩应力集中程度、在缺陷体内布置巷道与以控制采掘空间围岩应力集中程度、在缺陷体内布置巷道与硐室为目标硐室为目标 ” 保护层开采主应力图保护层开采主应力图 （3）工程线体

21、型缺陷技术）工程线体型缺陷技术缺陷体防治冲击地压的原理主要体现在三个方面：缺陷体防治冲击地压的原理主要体现在三个方面： a 由于线体型缺陷的作用及爆破震动等能够使应力场进一步向工作面深部转移，应力峰值和煤壁的距离进由于线体型缺陷的作用及爆破震动等能够使应力场进一步向工作面深部转移，应力峰值和煤壁的距离进一步加大；一步加大； b 应力场的转移过程中带动了能量向远距离位置释放，而且应力场转移过程中使能量逐渐、缓慢的释放；应力场的转移过程中带动了能量向远距离位置释放，而且应力场转移过程中使能量逐渐、缓慢的释放； c 在缺陷体附近的能量释放，能够使缺陷保护区域形成应力缓冲区（卸压保护带），从而降低保护

22、区域的在缺陷体附近的能量释放，能够使缺陷保护区域形成应力缓冲区（卸压保护带），从而降低保护区域的冲击地压危险性。冲击地压危险性。线体型缺陷卸压示意图线体型缺陷卸压示意图声发射图声发射图 （4）内缺陷防冲技术）内缺陷防冲技术 从形状（表面）上看没有缺陷、但煤岩内部制造出缺陷的施工技术称为从形状（表面）上看没有缺陷、但煤岩内部制造出缺陷的施工技术称为内缺陷防冲技术。内缺陷防冲技术。 （5）缺陷转化技术）缺陷转化技术有灾到无灾有灾到无灾 顶板缺陷处理顶板缺陷处理 悬顶缺陷处理悬顶缺陷处理 （6）缺陷转移技术）缺陷转移技术-空间移动空间移动 顶板缺陷转移顶板缺陷转移 底板缺陷转移底板缺陷转移3237工作面工作面要点要点1：关键是确定高应关键是确定高应力