对冲击地压及其机理的思考与再识课件

1、2013 全国岩石动力学会议对冲击地压及其机理的思考与再认识国家重点基础研究发展计划（973）项目(2010CB226806)资助国家自然科学基金青年基金项目（51204097）资助2013年10月冲击地压研究室：潘俊锋 天地科技股份有限公司开采设计事业部 （煤炭科学研究总院开采设计研究分院） 2022/8/20 提 纲 冲击地压灾害如何有效防治 对冲击地压及其机理的思考 冲击地压机理再认识： 冲击启动理论的提出 冲击启动理论的实践应用 结 语冲击地压灾害现象一、 煤矿冲击地压现状诱发次生灾害，造成更加严重的灾难性后果!2003年5月13日，芦岭煤矿，冲击地压诱发瓦斯爆炸，造成84人死亡；20

2、05年2月14日，辽宁孙家湾煤矿，冲击地压诱发特大瓦斯爆炸事故，造成 214人死亡。一、煤矿冲击地压灾害现状 近年来我国煤矿冲击地压矿井数量快速增加，至2011年已有142座煤矿发生过冲击地压。预防方法名称主要应用国家、区域防范方法1. 优化开拓布置2. 解放层开采3. 无煤柱开采4. 预掘卸压巷5. 宽巷掘进6. 宽巷留柱法7. 煤层注水8. 高压水射流切槽苏、波、联邦德国、中、联邦德国、波、苏、联邦德国、法、中苏、波苏、法、中俄、乌、中中二、局部解危方法1. 顶板深孔爆破2. 煤层卸载爆破3. 煤层高压注水4. 大孔卸压法5. 定向水力压裂法6. 断底爆破法7. 预掘卸压硐室8. 煤层高压

3、水力压裂9. 底板切槽法10.围岩支护法波、苏、联邦德国、中、波、中、美波、苏苏、波苏苏中、苏、波波、中中、波中如何来有效防治冲击地压灾害？冲击地压在哪里发生？监测方法名称主要应用国家、岩石力学方法1. 钻屑法2. 煤岩体变形测量3. 煤岩体应力测量4. 地质构造形迹分析5. 孔径（底）冲头挤压法6. 岩饼法7. 地质动力区划法苏、波、联邦德国、中、日、法、中、联邦德国、波、法、匈、美、日、中、美、匈中苏、波苏、法、中俄、乌、中二、地球物理方法1. 微震监测2. 流动地音法3. 锤击波速法4. 地电法5. 地磁法6. 重力法7. 超声法8. 地音法9. 声发射法10.电磁辐射法波、苏、联邦德国

4、、中、日、波、中、美波、苏苏、波苏苏中、苏、波波、美、中中、波中三、经验类比分析法大部分国家 如何来预测冲击地压？到底怎么监测？监测什么？目前的机理与实践脱节！Cook，1965Petukhov ，1979Wetokhe，1981Bieniawski， 1985能量理论刚度理论强度理论冲击倾向三准则失稳理论三因素强度弱化减冲机理预测防治 问题：冲击地压防治“三步走”：冲击地压传统的认识：一种矿山井巷或采场周围煤岩体，由于弹性变形能的瞬间释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。摘自煤矿安全规程-新的机理以冲击过程为突破口！输 入输 出冲击地压开采、地质条件 灾 害！黑箱认识！冲击地

5、压的“黑箱理论” 冲击地压发生过程一般就几十秒的时间。我们看到的往往是冲击地压发生后，显现的状态，是一个结果，表现为人员伤亡、设备损坏、巷道破坏等，为此，我们这种冲击地压发生后的结果性状态定义为冲击地压显现。 冲击过程之三：冲击地压显现冲击过程之一：冲击启动无论倾向还是走向定位，震源和冲击地压显现不是同一位置，一定存在一个冲击启动区。震源位置显现位置冲击过程之二冲击能量传递 微震监测证实冲击启动后剩余能量开始传递，即冲击能量传递阶段存在。顶板煤层底板巷道冲击地压是一个“动力学过程”！冲击地压输 入输 出冲击启动 载荷源载荷释放冲击能量专递冲击地压显现任重道远！输 入输 出地质、开采条件 灾害

6、分别以“冲击地压”、“冲击矿压”为关键词，对近10年间的科技文献进行检索，共检索了367篇，分析了 87个矿井冲击地压发生地域，主要影响因素。冲击启动载荷源的统计分类 以上都是外围因素，虽然复杂多变，但最终都得归结于为冲击启动提供载荷源（集中静载荷或集中动载荷）！巷道围岩形变势能的集聚取决于该位置主应力大小。全煤巷道冲击地压启动的能量判据为：X0处煤体破坏所需最小能量EC主应力最大区，弹性势能最大，越容易失稳， X0为冲击启动区。冲击地压启动的两种类型（1）集中静载荷型冲击地压启动能量判据集中静载荷型冲击地压发生力学模型 义马矿区千秋矿（2）集中动载荷型冲击地压启动能量判据采场冲击地压启动的能

7、量判据为：集中动载荷型冲击地压发生力学模型顶板断裂动载荷Ed对应力峰值区X0的扰动：X0处煤体破坏所需最小能量EC煤壁应力峰值点积聚弹性能计算为：冲击地压启动的两种类型神华新疆宽沟矿 3 冲击启动区为应力极限平衡区，冲击启动的能量判据为 。17冲击地压启动理论的提出冲击地压启动理论： 1 冲击地压发生是一个动力学过程，依次经历冲击启动-冲击能量传递-冲击地压显现三个阶段； 2 采动围岩近场集中静载荷的积聚是冲击启动的内因，远场集中动载荷对静载荷的扰动、加载是冲击启动的外因；解决了机理、监测与防治相脱节的问题！2022/8/2019应用一： 在冲击地压发生机理中的应用2022/8/2020巷道侧

8、帮支承压力分布图Pa -峰值支承压力Po -原岩应力 B -支承压力带宽度 ro -巷道的平均半径巷道底板(地基) 极限平衡力学模型B-基础宽度(侧帮支承压力宽度) Pu -地基(底板岩体) 极限承载力q -回填层或道床压力或底板支护反力= 45-/ 2由太沙基地基极限承载力理论公式：在宽度B范围内侧帮集中应力的平均值近似为: 千秋21141巷道冲击地压分析 constant深部集中静载荷型冲击地压分析（780m）成果体现：半孤岛面全煤巷道底板冲击启动原理分析J. 煤炭学报 2011,（2）；冲击地压危险性预评价与实践J.煤炭工程，2011（10） 21141煤层中平均应力集中系数为1.7，工

9、作面按埋深折算重应力约为18 MPa，算上应力集中系数，峰值为30.6 MPa，而实验室测得煤层单轴抗压强度平均为18.20 MPa。 冲击地压启动区域相对巷道全长来讲，看作一个单位区域，巷帮集中静载荷由式(5)估算为 E静=370 KJ/m3，由式(6)计算得EC=49 KJ/m3， 由冲击启动理论， E静-EC0，就集中静载荷足以使得巷道发生动力冲击。千秋21141巷道冲击地压分析 深部集中静载荷型冲击地压分析2022/8/2022浅部集中动载荷型冲击地压分析 （埋深317m）2022/8/2023浅部集中动载荷型冲击地压分析 宽沟工作面超前支承压力峰值处于工作面前方13.916.75 m

10、处。集中系数平均为2.87。W1143工作面按埋深折算自重应力为7.92 MPa，加上应力集中系数，峰值为22.73 MPa，而实验室测得B41煤层单轴抗压强度平均为28.80 MPa。 由式(6)计算得EC= 59.24 KJ/m3。可见，三次断裂释放的能量均小于煤层动力破坏所需要的最小能量，工作面下部14#20#支架的区域由式(5)估算为E静=44.84 KJ/m3，与19：34微震事件能量叠加。由冲击启动理论 E静+ E动- EC = 44.84 +40-59.24=25.60。浅部集中动载荷型冲击地压分析 浅部集中静载荷型冲击地压 （埋深371m）冲击灾害发生巷道远场集中动载荷源监测结果高集中应力中掘进的巷道 巷道围岩集中静载荷研发监测结果结 语 影响冲击地压发生的因素有几十种，并且煤矿开采最大的特点就是条件一直在变，没有绝对相同的开采条件，也就没有绝对成熟的防冲技术可以复制，抓住载荷源进行监测与处理以不变应万变，才能沉着应对冲击地压灾害，将使得冲击地压“复杂问题简单化”，这是防冲第1理念。根据我的实践与思考总结出冲击