煤岩动力灾害1

冲击矿压事故煤岩动力灾害—冲击矿压冲击矿压是煤岩体中聚集的能量突然大量释放，快速破坏煤岩体，并产生强烈震动。我国最大的冲击矿压为里氏4.3级，地面震感明显，已成为公共安全问题。三河尖矿冲击矿压情况1995.08.18冲击矿压发生区

1995.12.25冲击矿压发生区

1992.2.24冲击矿压发生区

1993.05.25冲击矿压发生区

北京木城涧矿2004-6-27冲击矿压北京木城涧矿2004-6-27冲击矿压北京木城涧矿2004-6-27冲击矿压yanzhsanhaojing11-30冲击矿压yanzhdongtan1-3冲击矿压冲击矿压研究冲击矿压发生原因机理研究冲击矿压危险性评价及预测预报研究冲击矿压治理措施研究1）冲击矿压机理研究地质与开采影响冲击矿压的发生强度理论、刚度理论、能量理论、冲击倾向理论、三准则和变形失稳理论2）冲击矿压预测预报研究冲击矿压可能发生地点位置，可达到准确预测冲击矿压发生强度和震动释放能量，可较准确确定可确定冲击矿压的危险程度、危险性大小3）冲击矿压治理研究长期防御性措施—开采顺序、开采方法、采煤工艺、开采保护层等主动解危措施—卸压爆破、煤层注水、钻孔卸压、定向裂缝法等动力灾害冲击矿压防治一、冲击矿压动力灾害现象二、冲击矿压发生原因三、冲击矿压机理研究四、冲击危险的预测预报五、冲击矿压解危与治理冲击矿压

动力灾害现象一、冲击矿压动力灾害现象1、灾害现象与严重程度冲击矿压作为人为诱发的地震，危害性很大。采矿诱发的地震达3~4级，最大5.6级冲击矿压：大量煤岩体突然剧烈破坏并向采掘空间剧烈运动的灾害动力现象，可摧毁巷道、引发其他矿井灾害，造成人员伤亡。1738年英国史塔夫矿首次记录，我国1938年抚顺。煤矿，有冲击矿压危险矿井占20%以上。中国是世界上煤岩动力灾害最严重的国家之一。开采引发地震震级，最大5.6级。我国4级。一次性破坏巷道500m。一次3.7级，造成588幢房屋倒塌。一、冲击矿压动力灾害现象煤岩动力现象与冲击矿压一、冲击矿压动力灾害现象直接将煤岩动力抛向巷道，引起强烈震动，产生强烈声响，造成岩体的破断和裂缝扩展突发性。无预兆，过程短暂，持续时间几秒到几十秒，难于准确预报发生时间、地点和强度瞬时震动性。像爆炸强烈震动，重型设备被移动，人员被弹起摔倒，震动波及范围可达几公里甚至几十公里，地面有地震感觉巨大破坏性。大量煤体突然抛出，堵塞巷道，破坏支架；造成惨重的人员伤亡和巨大的生产损失复杂性。各种条件和采煤方法均出现过冲击矿压的特点一、冲击矿压动力灾害现象显现强度分为四类

1．弹射：单个碎块从煤岩体表面弹射出来，并伴有强烈的声响。

2．矿震：它是煤、岩内部的冲击矿压，即深部的煤或岩体发生破坏。但煤、岩并不向已采空间抛出，只有片帮或塌落现象，但煤或岩体产生明显震动，伴有巨大声响，有时产生煤尘。较弱的矿震称为微震，也称为“煤炮”。

3．弱冲击：煤或岩石向已采空间抛出，但对支架和设备无损害，围岩震动，伴有很大声响，产生煤尘，在瓦斯煤层中可能有大量瓦斯涌出。

4．强冲击：部分煤或岩体急剧破坏，大量的煤或岩石向已采空间抛出，出现支架折损、设备移动和围岩强烈震动，伴有巨大声响，形成大量煤尘。冲击矿压的分类-1一、冲击矿压动力灾害现象冲击矿压的分类-2强冲击一、冲击矿压动力灾害现象（a）在被巷道切割的煤柱中；（b）在煤层边缘部分；（c）在连续煤体中；（d）在掘进的煤层巷道中；（e）在被巷道从煤体分离出来的煤柱中；（f）在有底板或顶板破坏的巷道中；（g）初次放顶时顶板折断处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造型冲击矿压。采矿型冲击矿压可分为压力型、冲击型和冲击压力型。压力型冲击矿压是由于巷道周围煤体中的压力由亚稳态增加至极限值，其聚集的能量突然释放。冲击型冲击矿压是由于煤层顶底板厚岩层突然破断或位移引发的，它与震动脉冲地点有关。在某种程度上，构造型冲击矿压也可看作为冲击型。冲击压力型冲击矿压则介于上述两者之间，当煤层受较大压力时，来自围岩内不大的冲击脉冲作用下发生的冲击矿压。冲击矿压的分类-3一、冲击矿压动力灾害现象冲击矿压：煤岩体突然动力破坏，释放大量能量的灾害动力现象，可摧毁巷道、引发其他矿井灾害，造成人员伤亡煤层冲击矿压现象顶板或底板冲击矿压现象冲击矿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结构及支护系统，使其失去功能。振动速度对井巷的影响2、对井下巷道工作面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，出现大裂缝一、冲击矿压动力灾害现象冲击矿压、震动使人体各器官产生共振而损伤。医学分析表明：脑部，91%；胸部，60%；内部器官，18%；上下肢，18%。3、对矿工的影响器官名称共振频率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4~6一、冲击矿压动力灾害现象能量为1×10^3J的震动，造成大部分人员脑部、脸部损伤，其次为心脏、胃、脊柱、肾等损伤。人体各器官共振频率分布及某次冲击矿压频率与人体器官对应的关系

一、冲击矿压动力灾害现象人体在垂直方向承受的加速度比水平方向的大。震动加速度使人体撞击受伤。人体允许的加速度值

撞击力与振动速度降时间关系

一、冲击矿压动力灾害现象冲击矿压对将造成类似于地震那样的灾害。4、对地表建筑物的影响日期地点震动能量震级建筑物破坏数量1970.09.30Bytom8×1094.264271981.07.12Bytom1×1093.84521982.06.04Bytom9×1083.775881984.02.18Ligota-kochlowice2×1093.952411992.05.05Bojszowy2×1093.953001994.12.09Kochlowice3×1094.04140一、冲击矿压动力灾害现象能量为7×106J的震动，在地表记录到的最大加速度为300mm/s2，对地表的影响强度为6级。^加速度仪测量的结果震动加速度频谱图>一、冲击矿压动力灾害现象动力灾害冲击矿压防治一、冲击矿压动力灾害现象二、冲击矿压发生原因三、冲击矿压机理研究四、冲击危险的预测预报五、冲击矿压解危与治理冲击矿压

发生原因分析二、冲击矿压发生原因

矿压显现强烈冲击矿压危险加大瓦斯涌出量增加突出危险性增加地温升高开采困难和经济效益下降

随着开采深度的增加，采矿工程面临的问题更加复杂，由此产生的工程灾害事故更为严重，尤其是冲击矿压危险加大。二、冲击矿压发生原因1、开采深度我国煤矿深井冲击矿压发生情况埋藏深度/m<600600~10001000~15001500~2000煤炭储量/亿t1204489961127612610所占比例/%26.8120.0225.0928.07采深与冲击矿压的关系

二、冲击矿压发生原因

目前国有重点煤矿中采深大于700m的矿井有50多处，以每年8-12m的速度递增国内：沈阳采屯矿1197m；长广矿1000m；新汶孙村矿1055m；北票冠山矿1059m；徐州张小楼矿1100m；开滦赵各庄矿1159m；北京门头沟1008m。德国1991年平均采深900m,最大采深1500m；超过1000m的国家：

俄罗斯英国波兰日本比利时等。

国外：二、冲击矿压发生原因2.煤体力学特性的影响在一定的围岩与压力条件下，任何煤层中的巷道或采场可能发生冲击矿压煤的强度越高，引发冲击矿压所要求的应力越小，反过来说，若煤的强度越小，要引发冲击矿压，就需要比硬煤高得多的应力煤的冲击倾向性是评价煤层冲击性的特征参数之一冲击能量指数KE弹性能量指数WET动态破坏时间DT单向抗压强度Rc

二、冲击矿压发生原因(1).冲击能指数冲击能指数KE—在单轴压缩状态下，煤样的全“应力—应变”曲线峰值C前所积聚的变形能Fs与峰值后所消耗的变形能Fx之比值二、冲击矿压发生原因Ke=Fs/Fx(2).弹性能指数弹性能指数WET

—煤样在单轴压缩条件下破坏前所积蓄的变形能与产生塑性变形消耗的能量的比值二、冲击矿压发生原因Ke=Fs/Fx(3).动态破坏时间动态破坏时间DT—煤样在常规单轴压缩试验条件下，从极限载荷到完全破坏所经历的时间DT二、冲击矿压发生原因Ke=Fs/Fx《中华人民共和国行业标准》MT/T174-2000二、冲击矿压发生原因煤的冲击倾向鉴定指标值指标强冲击弱冲击无冲击动态破坏时间

DT/ms≤5050~500＞500冲击能量指数KE/kJ≥5.05.0~1.5＜1.5弹性能量指数WET≥5.05.0~2.0＜2.0WET=a+eb+cRc

弱冲击倾向性

RC≤16MPa强冲击倾向性

RC＞16Mpa

二、冲击矿压发生原因(4).单向抗压强度3.顶板岩层结构的影响

坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在其破断过程中或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，形成强烈震动，导致顶板煤层型顶板型冲击矿压。二、冲击矿压发生原因Uw与岩层悬伸长度的五次方成正比，即L值越大，积聚的能量也越多。厚度越大的坚硬岩层越不易冒落，形成的L值也就越大。例如，厚度为7.64m的坚硬砂岩层，来压步距为53m，按上式计算出的值，占总能量的90％以上。开采初期，坚硬顶板呈梁或板的形态，其下产生离层。随工作面的推进，离层量不断增加，最大离层量位于采空区中部。当工作面推进到一定程度后，坚硬顶板断裂垮落，中部的离层量消失

二、冲击矿压发生原因坚硬顶板初次破断前后离层规律

坚硬岩层来压时，顶板下沉是非常剧烈，工作面及其周围巷道的矿压显现是非常明显的初次来压的顶板下沉量是正常回采期间的5~6倍二、冲击矿压发生原因初次来压期间顶板下沉量曲线图在坚硬顶板条件下，顶板运动速度是非常快的，其动能是非常大的二、冲击矿压发生原因初次来压期间24小时内的顶板下沉速度图

坚硬顶板破断时，产生的能量部分被损失，部分到达巷道或工作面。到达工作面的能量二、冲击矿压发生原因Uf与震中能量、传播距离L的关系顶板活动与冲击矿压二、冲击矿压发生原因煤体移动造成粉煤带和破碎带

冲击矿压发生前顶板动态曲线

新汶华丰煤矿的实例

埋深700－800m，煤层上覆岩层为500m左右的沙砾岩。

二、冲击矿压发生原因工作面推采距离、地表移动下沉速度和冲击矿压之间的关系典型冲击矿压矿井顶板岩石物理力学特性二、冲击矿压发生原因4.地质构造的影响地层动力运动形成各种各样的地质构造，如断层、皱曲等对煤矿冲击矿压的发生有较大的影响龙风矿，当巷道接近断层时，冲击矿压发生的次数明显上升，且强度加大二、冲击矿压发生原因煤层分叉和断层附近冲击危险

煤层分叉的影响断层的影响>二、冲击矿压发生原因皱曲附近冲击危险二、冲击矿压发生原因I区，皱曲向斜，垂直为压力，水平为拉应力，最易出现冒顶和冲击矿压；II区皱曲翼，垂直和水平均为压应力，最易出现冲击矿压；III区皱曲背斜，垂直拉力，水平压应力，最大矿山压力区域。5.冲击矿压多发区域二、冲击矿压发生原因序号发生冲击矿压的地点垮落面充填面1采空区边的原煤体（60m）9.4-2采动压力影响的原煤体27.45.93采动压力区外靠近采空区10.40.94采动压力区内靠近采空区11.36.65靠采空区的原煤体（60m）2.8-总数61.313.26采动压力区外的原煤体24.5巷道：72.6%工作面：27.4%残采区停采线：89％上层煤停采线和煤柱上层煤柱的影响><

上层煤停采线的