沖壓地壓及其防治

1、沖壓地壓及其防治、沖擊地壓沖擊地壓是指在開(kāi)采過(guò)程中， 積聚在煤炭體中的能量， 瞬間釋放出來(lái)， 產(chǎn)生一種以突然、急劇、猛烈破壞為特征的動(dòng)力現(xiàn)象。特征：常伴隨 有很大的聲響、巖體震動(dòng)和沖擊波，在一定范圍內(nèi)可以感到地震；有 時(shí)向采掘空間拋出大量的碎煤或巖塊，形成很多煤塵，釋放出大量的 瓦斯。根據(jù)原巖 (煤)體應(yīng)力狀態(tài)不同，沖擊地壓可分為 3類(lèi)：重力型沖擊地壓、 構(gòu)造應(yīng)力型沖擊地壓、中間型或重力一構(gòu)造型沖擊地壓。重力應(yīng)力型 沖擊地壓：主要受重力作用，沒(méi)有或只有極小構(gòu)造應(yīng)力影響的條件下 引起的沖擊地壓。 構(gòu)造應(yīng)力型沖擊地壓： 主要受構(gòu)造應(yīng)力 (構(gòu)造應(yīng)力遠(yuǎn) 遠(yuǎn)超過(guò)巖層自重應(yīng)力)的作用引起的沖擊地壓。中間型

2、或重力構(gòu)造型 沖擊地壓：主要受重力和構(gòu)造應(yīng)力的共同作用引起的沖擊地壓。根據(jù)沖擊的顯現(xiàn)強(qiáng)度分類(lèi)： (1)彈射：一些單個(gè)碎塊從處于高應(yīng)力狀態(tài) 下的煤或巖體上射落，并伴有強(qiáng)烈聲響，屬于微沖擊現(xiàn)象。 (2)礦震： 它是煤、巖內(nèi)部的沖擊地壓，即深部的煤或巖體發(fā)生破壞，煤、巖并 不向已采空間拋出， 只有片帶或塌落現(xiàn)象， 但煤或巖體產(chǎn)生明顯震動(dòng)， 伴有巨大聲響，有時(shí)產(chǎn)生礦塵。較弱的礦震稱(chēng)為微震。(3)弱沖擊。煤 或巖石向已采空間拋出，但破壞性不很大，對(duì)支架、機(jī)器和設(shè)備基本 上沒(méi)有損壞；圍巖產(chǎn)生震動(dòng)，一般震級(jí)在 2.2 級(jí)以下，伴有很大聲響； 產(chǎn)生煤塵，在瓦斯煤層中可能有大量瓦斯涌出。 (4)強(qiáng)沖擊。部分煤或

3、 巖石急劇破碎，大量向已采空間拋出，出現(xiàn)支架折損、設(shè)備移動(dòng)和圍 巖震動(dòng)，震級(jí)在 2.3級(jí)以上，伴有巨大聲響， 形成大量煤塵和產(chǎn)生沖擊 波。根據(jù)震級(jí)強(qiáng)度和拋出的煤量分類(lèi)： (1)輕微沖擊：拋出煤量在 10t 以下， 震級(jí)在1級(jí)以下的沖擊地壓。(2)中等沖擊：拋出煤量在10t50t以下， 震級(jí)在1級(jí)2級(jí)的沖擊地壓。(3)強(qiáng)烈沖擊：拋出煤量在50t以上， 震級(jí)在 2級(jí)以上的沖擊地壓。 一般面波震級(jí) Ms=1 時(shí)，礦區(qū)附近部分居 民有震感； Ms=2 時(shí)，對(duì)井上下有不同程度的破壞； Ms>2 時(shí)，地面 建筑物將出現(xiàn)明顯裂縫破壞。根據(jù)發(fā)生的地點(diǎn)和位置分類(lèi)： (1)煤體沖擊。發(fā)生在煤體內(nèi)，根

4、據(jù)沖擊 深度和強(qiáng)度又分為表面、淺部和深部沖擊。 (2)圍巖沖擊。發(fā)生在頂?shù)?板巖層內(nèi)，根據(jù)位置有頂板沖擊和底板沖擊。二、沖擊地壓機(jī)理沖擊地壓成因的機(jī)理： 對(duì)沖擊地壓成因和機(jī)理的解釋主要有強(qiáng)度理論、 能量理論、沖擊傾向理論和失穩(wěn)理論。1、強(qiáng)度理論 該理論認(rèn)為，沖擊地壓發(fā)生的條件是礦山壓力大于煤體 -圍巖力學(xué)系 統(tǒng)的綜合強(qiáng)度。其機(jī)理為：較堅(jiān)硬的頂?shù)装蹇蓪⒚后w夾緊，阻礙了深 部煤體自身或煤體 -圍巖交界處的變形 （見(jiàn)下圖 ）。由于平行于層面的摩 擦阻力和側(cè)向阻力阻礙了煤體沿層面的移動(dòng)，使煤體更加壓實(shí)，承受 更高的壓力，積蓄較多的彈性能。從極限平衡和彈性能釋放的意義上來(lái)看，夾持起了閉鎖作用。在煤體 夾

5、持帶內(nèi)，壓力高、并儲(chǔ)存有相當(dāng)高的彈性能，高壓帶和彈性能積聚 區(qū)可位于煤壁附近。一旦高應(yīng)力突然加大或系統(tǒng)阻力突然減小時(shí)，煤 體可產(chǎn)生突然破壞和運(yùn)動(dòng)，拋向已采空間，形成沖擊地壓。2、能量理論該理論認(rèn)為，當(dāng)?shù)V體與圍巖系統(tǒng)的力學(xué)平衡狀態(tài)破壞后所釋放的能量 大于其破壞所消耗能量時(shí)，就會(huì)發(fā)生沖擊地壓。剛性理論也是一種能 量理論，它認(rèn)為發(fā)生沖擊地壓的條件是：礦山結(jié)構(gòu)（礦體）的剛度大 于礦山負(fù)荷系 （圍巖 ）的剛度，即系統(tǒng)內(nèi)所儲(chǔ)存的能量大于消耗于破壞和 運(yùn)動(dòng)的能量時(shí)，將發(fā)生沖擊地壓。但這種理論并未得到充分證實(shí)，即 在圍巖剛度大于煤體剛度的條件下也發(fā)生了沖擊地壓。3、沖擊傾向理論該理論認(rèn)為，發(fā)生沖擊地壓的條件是

6、煤體的沖擊傾向度大于實(shí)驗(yàn)所確定的極限值?？衫靡恍┰囼?yàn)或?qū)崪y(cè)指標(biāo)對(duì)發(fā)生沖擊礦壓可能程度進(jìn) 行估計(jì)或預(yù)測(cè)，這種指標(biāo)的量度稱(chēng)為沖擊傾向度。其條件是：介質(zhì)實(shí) 際的沖擊傾向度大于規(guī)定的極限值。 這些指標(biāo)主要有： 彈性變形指數(shù)、 有效沖擊能指數(shù)、極限剛度比、破壞速度指數(shù)等。上述三種理論提出了發(fā)生沖擊地壓的三個(gè)準(zhǔn)則，即強(qiáng)度準(zhǔn)則、能量準(zhǔn)則和沖擊傾向度準(zhǔn)則。其中強(qiáng)度準(zhǔn)則是煤體破壞準(zhǔn)則，能量準(zhǔn)則和沖擊傾向度準(zhǔn)則是突然破壞準(zhǔn)則。三個(gè)準(zhǔn)則同時(shí)成立，才是產(chǎn)生沖擊地 壓的充分必要條件。4、失穩(wěn)理論近年來(lái)，我國(guó)一些學(xué)者認(rèn)為， 根據(jù)巖石全應(yīng)力 應(yīng)變曲線， 在上凸硬 化階段，煤、巖抗變形 （包括裂紋和裂縫 ）的能力是增大的，介質(zhì)是穩(wěn)定 的；在下凹軟化階段，由于外載超過(guò)其峰值強(qiáng)度，裂紋迅速傳播和擴(kuò) 展，發(fā)生微裂紋密集而連通的現(xiàn)象，使其抗變形能力降低，介質(zhì)是非 穩(wěn)定的。在非穩(wěn)定的平衡狀態(tài)中，一旦遇有外界微小擾動(dòng)，則有可能 失穩(wěn)，從而在瞬間釋放大量能量，發(fā)生急劇、猛烈的破壞，即沖擊地 壓。由此，介質(zhì)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性是發(fā)生沖擊的重要條件之一。雖然有 時(shí)外載未達(dá)到峰值強(qiáng)度，但由于煤巖的蠕變性質(zhì)，在長(zhǎng)期作用下其變 形會(huì)隨時(shí)間而增大，進(jìn)入軟化階段。這種靜疲勞現(xiàn)象，可以使介質(zhì)處 于不穩(wěn)定狀態(tài)。在失穩(wěn)過(guò)程中系統(tǒng)所釋放的能量可使煤巖從靜態(tài)變?yōu)?動(dòng)態(tài)過(guò)程，即發(fā)生急劇、猛烈的破壞。三、沖擊地壓的防治根據(jù)沖擊地壓發(fā)生的原因，可以制定防