沖擊地壓防治研究.

1、煤巖動(dòng)力 災(zāi)害沖擊地壓 A 煤層沖擊地壓現(xiàn)象 頂板或底板沖擊地壓現(xiàn)象 巖爆造成損害細(xì)部 巖塊嵌入水管表面 龜聽(tīng)S速拋出劭籐謠 （實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：巖石彈射速度50m/s） 、巖爆前 完全閉合區(qū) 嚴(yán)重破壞區(qū) 50年代中期印度某金礦 巷道中巖爆造成的戲劇性效果(dramatic effect) 中度破壞區(qū) 美國(guó)Lucky Friday金 屬礦采場(chǎng)中發(fā)生的窘爆: （埋深超過(guò)700m,震級(jí) 3 6-4 2,發(fā)生于1988年10 月18日） 美國(guó)Lucky Friday金 屬礦采場(chǎng)中發(fā)生的窘爆: （埋深超過(guò)700m,震級(jí) 3 6-4 2,發(fā)生于1988年10 月18日） （巷道尺寸3m*3m9埋深1540m

2、,震級(jí)4） 巷道尺寸3m*3m 深度2600m 震級(jí)4南非某礦巖爆對(duì)巷道的破壞 對(duì)上圖巷道破壞的推斷, 估計(jì)是由巷道中部巖層 的剪切破壞引起的 動(dòng)力史窖沖擊地屋降沼 一. 沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象 二. 沖擊地壓發(fā)生原因 三. 沖擊地壓機(jī)理研究 五.沖擊地壓解危與治理 震級(jí)3 7 沖擊地壓 動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象 、沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象 1、災(zāi)害現(xiàn)象與嚴(yán)重程度 沖擊地壓作為人為誘發(fā)的地震，危害性很大。采 礦誘發(fā)的地震達(dá)34級(jí)，最大5.6級(jí) 沖擊地壓：大量煤巖體突然劇烈破壞并向采掘空 間劇烈運(yùn)動(dòng)的災(zāi)害動(dòng)力現(xiàn)象，可摧毀巷道.引發(fā) 其他礦井災(zāi)害，造成人員傷亡。 1738年英國(guó)史塔夫礦首次記錄，我國(guó)1938年撫順。

3、 煤礦，有沖擊地壓危險(xiǎn)礦井占20%以上。 中國(guó)是世界上煤巖動(dòng)力災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。I 、沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象 開(kāi)采引發(fā)地震震級(jí)，最大 56 級(jí)。我國(guó) 4 級(jí)。 一次性破壞巷道 500m。 一次 37 級(jí)，造成 588 幢房屋倒塌。 、沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象 煤巖動(dòng)力現(xiàn)象與沖擊地壓 I I I （尹 I ： T=tr/ f 木企一 I I I I I 11 （火杲者狹（看體捉（上也育加（右仙籾 I女鞅扌以養(yǎng) 二*注迢巨頭 、沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象 沖擊地壓的特點(diǎn) 直接將煤巖動(dòng)力拋向巷道，引起強(qiáng)烈震動(dòng)，產(chǎn)生 強(qiáng)烈聲響，造成巖體的破斷和裂縫擴(kuò)展 突發(fā)性。無(wú)預(yù)兆，過(guò)程短暫，持續(xù)時(shí)間幾秒到幾 十秒，難于準(zhǔn)

4、確預(yù)報(bào)發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度 瞬時(shí)震動(dòng)性。 像爆炸強(qiáng)烈震動(dòng)， 重型設(shè)備被移動(dòng), 人員被彈起摔倒，震動(dòng)波及范圍可達(dá)幾公里甚至 幾十公里，地面有地震感覺(jué) 巨大破壞性。大量煤體突然拋出，堵塞巷道，破 壞支架；造成慘重的人員傷亡和巨大的生產(chǎn)損失 復(fù)雜性。各種條件和采煤方法均出現(xiàn)過(guò) 、沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象 2、對(duì)井下巷道工作面的影響 沖擊地壓對(duì)井下巷道的影響主要是動(dòng)力將煤巖拋 向巷道，破壞巷道周圍煤巖的結(jié)構(gòu)及支護(hù)系統(tǒng)， 使其失去功能。 影響程度 振動(dòng)速度， mm/s 影響特征 I 400 對(duì)井巷影響較大，出現(xiàn)大裂縫 振動(dòng)速度對(duì)井巷的影響、沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象 3、對(duì)礦工的影響 沖擊地壓.震 動(dòng)使人體各器

5、官產(chǎn)生共振而 損傷。 醫(yī)學(xué)分析表明： /腦部，91%; /胸部，60%; /內(nèi)部器官，18%; /上下肢，18%。 、沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象 4、對(duì)地表建筑物的影響 沖擊地壓對(duì)將造成類似于地震那樣的災(zāi)害。 日期 地點(diǎn) 震場(chǎng)能量 震建筑物破壞數(shù)量 197009.30 Bytom 8X109 4.26 427 981.07.H2 Bvtom V 1 X 109 X8 452 1982.06.04 Bvtom 9X10 3.77 588 1984.02.18 Iigota- kochlowice 2X109 3.95 241 1992.05.05 Bojszowy 2X109 3.95 300 199

6、4.12.09 Kochlowice 3X109 4.04 140 器官名稱 共振頻率Hz 一頭 4 眼 725 1 上下額 60 90 喉氣管支氣管 68 胸 12-16 上肢 59 骨 38 腹腔 4.5-10 肝 34 膀胱 10 18 骨盆 59 下肢 5 人在坐的位置 5-12 人在站的位置 46 動(dòng)力史窖沖擊地屋降沼 一沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象 二. 沖擊地壓發(fā)生原因 三. 沖擊地壓機(jī)理研究 四. 沖擊危險(xiǎn)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào) 五. 沖擊地壓解危與治理 沖擊地壓 發(fā)生原因分析(1 - + “) 二.沖擊地壓發(fā)生原因 1、開(kāi)采深度 隨著開(kāi)采深度的增加，采礦工程面臨的問(wèn)題 更加復(fù)雜，由此產(chǎn)生的工程災(zāi)

7、害事故更為嚴(yán)重， 尤其是沖擊地壓危險(xiǎn)加大。 礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈 沖擊地壓危險(xiǎn)加大 瓦斯涌出量增加 突出危險(xiǎn)性增加 地溫/ 1.73 r 二、沖擊地壓發(fā)生原因 升高 開(kāi)采困難和經(jīng)濟(jì)效益下降(1 - + “) 匐國(guó)內(nèi)： 13沈陽(yáng)采屯礦1197m; 回長(zhǎng)廣礦1000m; 0新汶孫村礦1055m; 回北票冠山礦1059m; 回徐州張小樓礦UOOm; 0開(kāi)灤趙各莊礦1159m; 回北京門頭溝1008m. 國(guó)夕卜: 0德國(guó)1991年平均采 深900m,最大采深 1500m： 羅國(guó)蘭本利 俄英波日比 我國(guó)煤礦深井沖擊地壓發(fā)生情況 礦井 采探/m 臨界深度/in 礦井 采深 臨界深廢/m 滴道 708 權(quán)臺(tái) 833

8、 620 龍鳳 737 550 張小摟 788 1065 老虎臺(tái) 830 450 1 Bill 733 639 ft III 800 520 三河尖 737 649 長(zhǎng)溝峪 800 . 趙各莊 1049 950 Will 800 520 臺(tái)吉 872 550 孫村 780 720 一 - 冠山 980 華豐 880 560 | 營(yíng)城九臺(tái)立 790 備注 1 采探以1995年的統(tǒng)計(jì)值有記錄但己注信的礦井未統(tǒng)計(jì) 一未統(tǒng)計(jì)到該項(xiàng)值 二、沖擊地壓發(fā)生原因 目前國(guó)有重點(diǎn)煤礦中釆深大于700m的礦 井有50多處，以每年8 12m的速度遞增 二、沖擊地壓發(fā)生原因 2煤體力學(xué)特性的影響 在一定的圍巖與壓力條件

9、下，任何煤層中的巷道或釆場(chǎng)可 能發(fā)生沖擊地壓 煤的強(qiáng)度越高，引發(fā)沖擊地壓所要求的應(yīng)力越小，反過(guò)來(lái) 說(shuō)，若煤的強(qiáng)度越小，要引發(fā)沖擊地壓，就需要比硬煤高 得多的應(yīng)力 煤的沖擊傾向性是評(píng)價(jià)煤層沖擊性的特征參數(shù)之一 沖擊能量指數(shù)Kg 彈性能量指數(shù)W WETET 動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間DTDT 單向抗壓強(qiáng)度RcRc 二、沖擊地壓發(fā)生原因 (1) 沖擊能指數(shù) 沖擊能指數(shù)在單軸壓縮狀態(tài)下，煤樣的全“應(yīng) 力一應(yīng)變曲線峰值 Q 前所積聚的變形能兔與峰值 后所消耗的變形能竹之比值 二、沖擊地壓發(fā)生原因 (2)彈性能指數(shù) 彈性能指數(shù)一煤樣在單軸壓縮條件下破壞前所積 蓄的變形能與產(chǎn)生塑性變形消耗的能量的比值 二、沖擊地壓發(fā)生原

10、因 (3) 動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間 動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間DT 煤樣在常規(guī)單軸壓縮試驗(yàn)條件 下，從極限載荷到完全破壞所經(jīng)歷的時(shí)間DT 二、沖擊地壓發(fā)生原因 二、沖擊地壓發(fā)生原因 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T174-2000 煤的沖擊傾向鑒定指標(biāo)值 指標(biāo) 強(qiáng)沖擊 弱沖擊 無(wú)沖擊 動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間 DT/ms 500 沖擊能量指數(shù) 5.0 5.01 5 5.0 5 02 0 2.0 二、沖擊地壓發(fā)生原因 (4).單向抗壓強(qiáng)度 W WETET= a+e= a+eb+cRcb+cRc 弱沖擊傾向性 弱沖擊傾向 沖擊傾向 100 3 60 40 2 - 、 - 1 - - U O - TT( 1 0 5 10 15 20 2

11、5 30 Rc、并)a 二、沖擊地壓發(fā)生原因 7?c16Mpa 二、沖擊地壓發(fā)生原因 3頂板巖層結(jié)構(gòu)的影響 堅(jiān)硬厚層砂巖頂板容易聚積大量的彈性能。在其破 斷過(guò)程中或滑移過(guò)程中，大量的彈性能突然釋放，形 成強(qiáng)烈震動(dòng)，導(dǎo)致頂板煤層型頂板型沖擊地壓。 二、沖擊地壓發(fā)生原因 4地質(zhì)構(gòu)造的影響 地層動(dòng)力運(yùn)動(dòng)形成各種各樣的地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、 皺曲等對(duì)煤礦沖擊地壓的發(fā)生有較大的影響 龍風(fēng)礦，當(dāng)巷道接近斷層時(shí)，沖擊地壓發(fā)生的次數(shù) 明顯上升，且強(qiáng)度加大 匕,與巖層懸伸長(zhǎng)度的五次方成正比，即I值越大，積聚的能 量也越多。厚度越大的堅(jiān)硬巖層越不易冒落，形成的I值也就越 大。例如，厚度為764m的堅(jiān)硬砂巖層，來(lái)壓步距

12、為53m,按上 式計(jì)算出的值，占總能量的90%以上。 丿卜巷距斷層的距離,/m 煤層分叉和斷層附近沖擊危險(xiǎn) 二、沖擊地壓發(fā)生原因 皺曲附近沖擊危險(xiǎn) I區(qū)，皺曲向斜，垂直為壓力，水平為拉應(yīng)力，最易出現(xiàn)冒頂 和沖擊地壓；II區(qū)皺曲翼，垂直和水平均為壓應(yīng)力，最易出 現(xiàn)沖擊地壓；III區(qū)皺曲背斜，垂直拉力，水平壓應(yīng)力，最大 礦山壓力區(qū)域。 二、沖擊地壓發(fā)生原因 煤層分叉的形響 S34匸作20 10 110 斷層的妙響 p. 416 二、沖擊地壓發(fā)生原因 煤柱區(qū)應(yīng)力的高度集中 煤柱區(qū)垂直應(yīng)力分布 二、沖擊地壓發(fā)生原因 煤柱區(qū)應(yīng)力的高度集中 煤柱區(qū)垂直應(yīng)力分布 二、沖擊地壓發(fā)生原因 煤柱區(qū)應(yīng)力的高度集中

13、煤柱區(qū)垂直應(yīng)力分布（集中系數(shù)10以上） （破碎的煤體在應(yīng)力的作用下，贅新膠結(jié)成堅(jiān)硬的煤塊） 二、沖擊地壓發(fā)生原因 煤柱區(qū)應(yīng)力的高度集中 二、沖擊地壓發(fā)生原因 煤柱區(qū)剪切應(yīng)力分布 二、沖擊地壓發(fā)生原因 上層煤遺留煤柱和停釆線 二、沖擊地壓發(fā)生原因 采空區(qū)和老巷影響 老巷的夠響 L=78 50 上層煤柱的夠響 Z) A42 P. 501 100 140 1*16./ m 5 150 p. 501 p. 504 p. 510 20 10 -too -ZQ 上層煤停來(lái)域的夠響 j 40 曽。 30 -10 -60 鄰近耒空區(qū)的彩響 1 動(dòng)力史窖沖擊地屋降沼 一. 沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象 二. 沖擊地壓發(fā)

14、生原因 三. 沖擊地壓機(jī)理研究 四. 沖擊危險(xiǎn)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào) 五. 沖擊地壓解危與治理 沖擊地壓 發(fā)生機(jī)理研究 三、沖擊地壓機(jī)理研究 強(qiáng)度理論：井巷和采場(chǎng)周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng) 力達(dá)到煤巖體的強(qiáng)度極限時(shí)，煤巖體就會(huì)突然發(fā) 生破壞，形成沖擊地壓 剛度理論：礦山結(jié)構(gòu)（礦體）的剛度大于礦山負(fù)荷 系統(tǒng)（圍巖）的剛度是產(chǎn)生沖擊地壓的必要條件 能量理論：礦體一圍巖系統(tǒng)在其力學(xué)平衡狀態(tài)破 壞時(shí)所釋放的能量大于所消耗的能量時(shí)就發(fā)生沖 擊地壓 沖擊傾向性理論：煤巖介質(zhì)產(chǎn)生沖擊破壞的固有 能力或?qū)傩?，是沖擊地壓發(fā)生的必要條件 三、沖擊地壓機(jī)理研究 “三準(zhǔn)則”機(jī)理模型 強(qiáng)度準(zhǔn)則是煤體的破壞準(zhǔn)則，而能量準(zhǔn)則和沖擊 傾向性是突然破壞準(zhǔn)則。三個(gè)準(zhǔn)則同時(shí)滿足，才 是發(fā)生1 沖擊地壓的充分必要條件 dt ”（力