第十一章煤矿动压现象及其控制

第十一章煤矿动压景象及其控制主讲人：E_mail:：2021-6-01第十一章煤矿动压景象及其控制第一节冲击矿压景象构成特点及分类

第二节冲击矿压发活力理

第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定

第四节冲击矿压的防治第五节顶板大面积来压冲击矿压：聚集在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量忽然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发生剧烈声响，呵斥煤岩体振动和破坏、支架与设备损坏、人员伤亡、部分巷道垮落破坏等。能够引发其它矿井灾祸，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统，严重时呵斥地面震动和建筑物破坏等，是煤矿艰苦灾祸之一。一、冲击矿压景象第一节冲击矿压景象构成特点及分类50年代中期印度某金矿巷道中岩爆呵斥的戏剧性效果中度破坏区严重破坏区完全闭合区美国金属矿采场中发生的岩爆：(埋深超越700m,震级3.6-4.2,发生于1988年10月18日)(巷道尺寸3m*3m,埋深1540m,震级4)南非某矿岩爆对巷道的破坏直接将煤岩动力抛向巷道，引起剧烈震动，产生剧烈声响，呵斥岩体的破断和裂痕扩展，有如下特征：突发性。无预兆，过程短暂，继续时间几秒到几十秒，难于准确预告发生时间、地点和强度瞬时震动性。像爆炸剧烈震动，重型设备被挪动，人员被弹起摔倒，震动涉及范围可达几公里甚至几十公里，地面有地震感宏大破坏性。大量煤体忽然抛出，堵塞巷道，破坏支架；呵斥繁重的人员伤亡和宏大的消费损失复杂性。各种条件和采煤方法均出现过二、冲击矿压的特点第一节冲击矿压景象构成特点及分类根据冲击的显现强度，可分为四类：弹射。一些单个碎块从高压应力形状下的煤或岩体上射落，并伴有剧烈声响，属于微冲击景象。矿震。煤、岩并不向已采空间抛出，只需片帮或塌落景象，但煤或岩体产生明显震动，伴有宏大声响，有时产生煤尘。弱冲击。煤或岩石向已采空间抛出，但破坏性不很大，普通震级在2.2级以下，伴有很大声响，产生煤尘，能够有大量瓦斯涌出。强冲击。煤或岩石大量向已采空间抛出，破坏性很大，出现震级在2.3级以上，伴有宏大声响，产生大量煤尘和冲击波。三、冲击矿压的分类第一节冲击矿压景象构成特点及分类根据震级强度和思索抛出的煤量，可将冲击矿压分为三级：细微冲击(I级)。抛出煤量在10t以下，震级在1级以下的冲击矿压。中等冲击(II级)。抛出煤量在10～50t，震级在l～2级的冲击矿压。剧烈冲击(III级)。抛出煤量在50t以上，震级在2级以上的冲击矿压。三、冲击矿压的分类第一节冲击矿压景象构成特点及分类根据国内外的分类方法，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外型冲击矿压。而采矿型冲击矿压可分为压力型、冲击型和冲击压力型。在某种程度上，构外型冲击矿压也可看作为冲击型。第一节冲击矿压景象构成特点及分类三、冲击矿压的分类第一节冲击矿压景象构成特点及分类冲击地压对井下巷道的影响主要是动力将煤岩抛向巷道，破坏巷道周围煤岩的构造及支护系统，使其失去功能振动速度对井巷的影响影响程度振动速度,mm/s影响特征I<200对井巷无影响II200~400对井巷影响较小，产生小破坏，出现裂缝、剥落等现象III>400对井巷影响较大，出现大裂缝四、冲击矿压和矿山震动对环境的影响第一节冲击矿压景象构成特点及分类冲击地压、震动使人体各器官产生共振而损伤。医学分析阐明：脑部，91%胸部，60%内部器官，18%上下肢，18%器官称号共振频率Hz头4眼7~25上下颚60~90喉、气管、支气管6~8胸12~16上肢5~9骨3~8腹腔4.5~10肝3~4膀胱10~18骨盆5~9下肢5人在坐的位置5~12人在站的位置4~6四、冲击矿压和矿山震动对环境的影响第一节冲击矿压景象构成特点及分类冲击地压将呵斥类似于地震那样的灾祸日期地点震动能量震级建筑物破坏数量1970.09.30Bytom8×1094.264271981.07.12Bytom1×1093.84521982.06.04Bytom9×1083.77588四、冲击矿压和矿山震动对环境的影响第一节冲击矿压景象构成特点及分类一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理1.冲击矿压影响要素分析

开采深度越大，冲击矿压发生的能够性也越大。一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理2.地质条件对冲击矿压的影响〔1〕开采深度①在一定的围岩与压力条件下，任何煤层中的巷道或采场能够发生冲击矿压。②煤的强度越高，引发冲击矿压所要求的应力越小。③煤的冲击倾向性是评价煤层冲击性的特征参数之一。煤的冲击能量指数KE、弹性能量指数WET和动态破坏时间DT。一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理2.地质条件对冲击矿压的影响〔2〕煤岩的力学特征一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理2.地质条件对冲击矿压的影响〔2〕煤岩的力学特征根据<中华人民共和国行业规范>MT/T174-2000，用上述三项目的鉴定煤层的冲击倾向，把煤层的冲击倾向分为剧烈冲击倾向、弱冲击倾向和无冲击倾向。

一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理2.地质条件对冲击矿压的影响〔2〕煤岩的力学特征一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理2.地质条件对冲击矿压的影响〔2〕煤岩的力学特征煤试块的冲击性在其单向抗压强度为Rc=16～20MPa时变化较大，当煤的单向抗压强度Rc＜16MPa时,煤试块要发生冲击,就需求较大的压应力。弱冲击倾向性Rc≤16MPa强冲击倾向性Rc＞16MPa顶板岩层构造，特别是煤层上方巩固、厚层砂岩顶板是影响冲击矿压发生的主要要素之一，其主要缘由是巩固厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在巩固顶板破断过程中或滑移过程中，大量的弹性能忽然释放，构成剧烈震动，导致顶板煤层型〔冲击压力型〕冲击矿压或顶板型〔冲击型〕冲击矿压。煤层厚度对发生冲击矿压也有影响，煤层越厚，发生冲击矿压越多，越剧烈。煤的湿度也有影响作用。一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理2.地质条件对冲击矿压的影响〔3〕顶板岩层的构造特点一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理2.地质条件对冲击矿压的影响〔4〕地质动力要素冲击矿压大多数发生在巷道(72.6%)，采场那么较少(27.4%)。残采区和停采线对冲击矿压发生影响较大。从统计结果看，89%的冲击矿压发生在残采区，停采线，断层区域或煤层超采的地方。一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理3.开采技术对冲击矿压的影响一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理3.开采技术对冲击矿压的影响煤柱区应力的高度集中煤柱区垂直应力分布煤柱区垂直应力分布〔集中系数10以上〕〔破碎的煤体在应力的作用下，重新胶结成巩固的煤块〕一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理3.开采技术对冲击矿压的影响煤柱区剪切应力分布一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理3.开采技术对冲击矿压的影响上层煤遗留煤柱和停采线<上层煤柱的影响上层煤停采线的影响>一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理3.开采技术对冲击矿压的影响停采线或边角构成的非稳定区。当任务面推进到该区域后，停采线上方的岩体将挪动，构成二次应力重新分布，就有能够，构成冲击地压。一、冲击矿压影响要素第二节冲击矿压发活力理3.开采技术对冲击矿压的影响强度实际：矿体-围岩力学系统的极限平衡条件的分析和推断。具有代表性的是夹持煤体实际,这种实际以为，较巩固的顶底板可将煤体夹紧，煤体夹持妨碍了深部煤体本身或煤体—围岩交界处的卸载变形。一旦高应力忽然加大或系统阻力忽然减小时，煤体可产生忽然破坏和运动，抛向已采空间，构成冲击矿压。能量实际：矿体与围岩系统的力学平衡形状破坏后所释放的能量大于耗费能量时，就会发生冲击矿压。它阐明了矿体与围岩的能量转换关系，煤、岩体急剧破坏方式的缘由等问题。二、冲击矿压发生的机理及判据第二节冲击矿压发活力理冲击倾向实际：煤岩介质产生冲击破坏的才干称为冲击倾向。可利用一些实验或实测目的对发生冲击矿压能够程度进展估计或预测。这种目的的量度称为冲击倾向度。条件是：介质实践的冲击倾向度大于规定的极限值。这些目的主要有：弹性变形指数、有效冲击能指数、极限刚度比、破坏速度指数等。强度准那么是煤、岩体的破坏准那么；能量准那么和冲击准那么是忽然破坏准那么，因此有些学者以为可把这两者视为必要条件和充分条件，即三个准那么同时满足时，才干发生冲击矿压。二、冲击矿压发生的机理及判据第二节冲击矿压发活力理第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定一、冲击矿压危险的防治

根据冲击地压发生的缘由，冲击地压的预测预告、危险性评价及冲击地压的治理，经过统计、模糊数学等的分析研讨，可以对冲击地压的危险程度按冲击地压危险形状等级评定的综合指数法定量化的分为如下表五级冲击地压危险等级井巷中冲击地压危险形状冲击地压危险指数WtA无冲击危险<0.25B弱冲击危险0.25~0.5C中等冲击危险0.5~0.75D强冲击危险0.75~0.95E不平安>0.95第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定二、冲击矿压危险等级划分原那么第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定三、综合指数法－危险程度分析与早期预告序号要素危险形状的影响要素影响要素的定义冲击地压危险指数1W1发生过冲击地压该煤层未发生过冲击地压-2该层发生过冲击地压0采用同种作业方式在该层和煤柱中多次发生过冲击地压32W2开采深度小于500m0500~700m1大于700m23W3顶板中巩固〔Rc≥60Mpa〕厚岩层距煤层的间隔>100m0100~50m1<50m34W4开采区域内的构造应力集中>10%正常1>20%正常2>30%正常35W5顶板岩层厚度特征参数Lst<500≥5026W6煤的抗压强度Rc≤16Mpa0Rc>16Mpa27W7煤的冲击能量指数WETWET<202≤WET<52WET≥54序号要素危险形状的影响要素影响要素的定义冲击危险指数1W1任务面距残留区或停采线的垂直间隔>60m060—30m2<30m32W2未卸压的厚煤层留顶煤或底煤厚度大于1.0m33W3未卸压一次采全高的煤厚<3.0m03.0—4.0m1>4.0m34W4两侧采空，任务面斜长为>300m0300—150m2<150m45W5沿采空区掘进巷道无煤柱或小于3m小煤柱03—10m的煤柱210—15m的煤柱46W6接近采空区的间隔小于50m掘进面2回采面3接近煤柱的间隔小于50m掘进面1回采面37W7掘进巷道接近老巷的间隔小于50m老巷已充填1老巷未充填2回采任务面接近老巷的间隔小于30m老巷已充填1老巷未充填2面接近分叉的间隔小于50m掘进面或回采面38W8面接近落差大于3m断层的间隔小于50m接近上盘1接近下盘29W9面接近煤层倾角猛烈变化的皱曲小于50m>15度210W10面接近煤层侵蚀或合层部分掘进面或回采面211W11开采过上或下解放层，卸压程度弱-2中等-4好-812W12采空区处置方式充填法2垮落法0第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定三、综合指数法－危险程度分析与早期预告冲击危险形状等级的综合指数Wt——某采掘任务面的冲击地压危险形状等级评定综合指数，以此可以圈定冲击地压危险程度Wt1——地质要素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险形状等级评定的指数Wt2——采矿技术要素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险形状等级评定的指数第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定三、综合指数法－危险程度分析与早期预告支承压力到达临界值，且煤层又具有中等以上冲击倾向性，冲击地压就能够发生支承压力峰值大小及其距煤壁的远近，可采用钻屑法探测钻屑法是经过在煤层中打直径42~50mm的钻孔，根据排出的煤粉量及其变化规律和有关动力效应，鉴别冲击危险的一种方法第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定四、钻屑法－部分监测方法当钻孔进入煤壁一定间隔处，钻孔周围煤体过渡到极限应力形状，并伴随出现钻孔动力效应。应力越大，过渡到极限应力形状的煤体越多，钻孔周围的破碎带不断扩展，排粉量不断增多。钻屑量的变化曲线和支承压力分布曲线非常类似1—冲击前施工孔；2—冲击后施工孔；3一极限煤粉量；4推测煤粉量；5一实测煤粉量第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定四、钻屑法－部分监测方法钻屑量指数：钻出煤粉量与正常排粉量之比动力效应：如钻杆卡死、跳动、出现震动或声响等景象，记录钻孔时所发生的动力效应，可更加准确地判别危险位置钻孔深度/煤层厚度1.51.5~33钻屑量指数1.52~3≥4第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定四、钻屑法－部分监测方法第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定五、微震法－区域性监测方法微震监测系统的主要功能是对全矿范围进展微震监测，是一种区域性监测方法。自动记录微震活动，实时进展震源定位和微震能量计算。为评价全矿范围内的冲击地压危险提供根据。冲击地压前兆的微震活动规律：微震活动的额度急剧添加；微震总能量急剧添加；爆破后，微震活动恢复到爆破前微震活动程度所需时间添加。微震活动坚持一定程度(＜l0^4J)，处于能量释放形状微震活动的频度和能级出现急剧添加，继续2~3d后，会出现大的震动忽然出现平衡期，继续2~3d后，会出现大的震动和冲击指数上升型的微震活动频繁-安静型的微震活动第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定五、微震法－区域性监测方法根据的岩体地音的参数与部分应力场的变化来进展岩石破坏的不稳定阶段是岩石中裂痕扩展的结果，而地音景象那么是微扩涨〔岩体中出现的破裂和零量裂隙缝〕超越界限的表征，而该景象的进一步开展那么阐明岩石的最终断裂。最终断裂可引发高能量的震动，也可引发冲击地压第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定六、地音〔声发射〕法－部分监测预告方法延续地音监测第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定六、地音〔声发射〕法－部分监测预告方法地音变化与煤体应力变化过程类似地音活动三阶段是时间过程，即相对安静、急剧添加、显著减弱地音活动集中在采区某一部位，且地音事件的强度逐渐添加时，预示着冲击地压危险第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定六、地音〔声发射〕法－部分监测预告方法激发地音监测岩体受压时，部分较小应力的变化〔例如少量炸药的爆炸〕将引起岩体微裂隙的产生应力越高，构成的裂痕就越大继续时间就越长，岩体中能量的聚积和释放程度就越高，冲击地压发生的危险程度就越高第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定六、地音〔声发射〕法－部分监测预告方法流动地音监测结果第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定六、地音〔声发射〕法－部分监测预告方法实验发现各种煤岩混凝土流变破裂时均有宽频电磁辐射产生,电磁辐射较声发射信号敏感，具有Kaiser记忆效应。含瓦斯煤岩流变破坏声发射、电磁辐射信号原始记录第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定七、电磁辐射－部分监测预告方法电磁辐射与载荷及煤岩流变破坏程度间呈正相关(a)电磁辐射信号(幅值)与载荷间关系(b)电磁辐射脉冲数与载荷间关系第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定七、电磁辐射－部分监测预告方法流变破坏电磁辐射主频段是变化的随破坏程度添加而向高频段迁移第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定七、电磁辐射－部分监测预告方法电磁辐射与声发射间具有很好的相关性电磁辐射可以可靠反映动力灾祸危险程度，实现对煤岩动力灾祸的监测和预告第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定七、电磁辐射－部分监测预告方法非接触、定向区域性延续监测的宽频电磁辐射监测系统第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定七、电磁辐射－部分监测预告方法任务面无冲击危险时的电磁辐射任务面有冲击危险时的电磁辐射第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定七、电磁辐射－部分监测预告方法预测有危险,采取卸压爆破措施消除危险.第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定七、电磁辐射－部分监测预告方法预测有危险,采取措施不到位发生动力灾祸徐州三河尖矿10月26日发生冲击地压实测结果〔在24日中班预告有危险，安排25日卸压，需8个钻孔，仅打4个，卸压未到位，在26日中班发生冲击地压)第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定七、电磁辐射－部分监测预告方法第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定七、电磁辐射－部分监测预告方法第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定七、电磁辐射－部分监测预告方法冲击地压的随机性和突发性，破坏方式的多样性，单一方法预测不可靠，必需结合冲击地压危险的区域预告与部分预告，早期预告与及时预告。首先分析地质开采条件，根据综合指数法和计算机模拟，预先划分出冲击地压危险及重点防止区域，提出冲击地压的早期区域性预告采用微震监测系统，对矿井冲击危险提出区域和及时预告采用地音监测法、电磁辐射监测法等地球物理监测手段，对矿井回采和掘进任务面进展部分地点的预测预告然后采用钻屑法，对冲击地压危险区域进展检测和预告对危险区域和地点进展处置第三节冲击矿压的预测预告及危险性评定八、综合预测方法第四节冲击矿压的防治1.合理的开辟布置和开采方式一、冲击矿压防备措施开采煤层群时，开辟布置应有利于解放层开采。划分采区时，应保证合理的开采顺序，最大限制地防止构成煤柱等应力集中区采区或盘区的采面防止相向开采，以免应力叠加在地质构造等特殊部位，应采取能防止或减缓应力集中和叠加的开采程序。在向斜和背斜构造区，应从轴部开场回采，在构造盆地应从盆底开场回采；在有断层和采空区的条件下应从采用断层或采空区开场回采的开采程序有冲击危险的煤层的开辟或预备巷道、永久硐室、主要上(下)山、主要溜煤巷和回风巷应布置在底板岩层或无冲击危险煤层中，以利于维护和减小冲击危险开采有冲击危险的煤层，应采用不留煤柱垮落法管理顶板的长壁开采法顶板管理采用全部垮落法，任务面支架采器具有整体性和防护才干的可缩性支架第四节冲击矿压的防治1.合理的开辟布置和开采方式一、冲击矿压防备措施一个煤层(或分层)先采，能使临近煤层得到一定时间的卸载解放层必需选择无冲击倾向或弱冲击倾向的煤层实施时必需保证开采的时间和空间有效性〔全垮3年，全充2年〕不得在采空区内留煤柱，以使后采煤层得到最大限制的卸压第四节冲击矿压的防治2.开采解放层一、冲击矿压防备措施第四节冲击矿压的防治2.开采解放层一、冲击矿压防备措施最大限制地释放聚积在煤体中的弹性能，在煤帮附近构成卸压破坏区，使压力升高区向煤体深部转移。合理布置及装药量能构成岩体震动，并在一定程度上构成煤体的松动带，落煤方便，爆炸构成的压力与开采构成的压力叠加，超越其极限形状，使岩体卸压或引发冲击地压振动卸压爆破：引发冲击地压、转移应力集中区、松动煤体振动落煤爆破：引发冲击地压、减缓或移去深部煤体或采煤机截深范围内的支承压力区振动卸压落煤爆破：组合了振动、卸压爆破和振动、落煤爆破两种顶板爆破：将顶板破断，降低其强度，释放聚集的能量，减少对煤层和支架的冲击振动第四节冲击矿压的防治二、冲击矿压解危措施1.振动爆破炸药的布置应从煤层内应力最高点开场向里，而外部全部用炮泥封孔。可扩展塑性区，将应力最高点向深部转移第四节冲击矿压的防治二、冲击矿压解危措施1.振动爆破钻孔深度L与应力峰值距煤壁间隔s关系L=aln(s)+b钻孔越深，爆破力度越大，效果越好第四节冲击矿压的防治二、冲击矿压解危措施1.振动爆破卸压爆破诱发冲击地压三河尖7204任务面从10月17日任务面开场回采，至3月14日，共推进120m，其中进展了卸压爆破54次。胜利的诱发冲击地压15次。第四节冲击矿压的防治二、冲击矿压解危措施经过卸压爆破前后电磁辐射的延续观测阐明，卸压爆破后的30分钟内，电磁辐射的脉冲数变化猛烈。阐明，在这期间煤壁内变形破坏猛烈，有能够发生冲击地压第四节冲击矿压的防治二、冲击矿压解危措施对特厚巩固岩层进展处置第四节冲击矿压