沖擊地壓教案(共15頁)

1、興隆(xnglng)莊煤礦沖擊(chngj)地壓及防治技術(shù)培訓(xùn)本培訓(xùn)(pixn)共分為六講 第一講 沖擊地壓概述 第二講 沖擊地壓發(fā)生的機(jī)理 第三講 沖擊地壓的影響因素 第四講 沖擊地壓預(yù)測(cè)方法 第五講 沖擊地壓防治措施 1 沖擊地壓概述1.2 沖擊地壓的顯現(xiàn)特征 （1）突發(fā)性：沖擊地壓發(fā)生前一般無明顯前兆，沖擊過程短暫，難以確定發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)的強(qiáng)度。 （2）多樣性：一般表現(xiàn)為煤爆（煤壁爆裂、小塊拋射）、淺部沖擊和深部沖擊。最常見的是煤層沖擊，也有頂板沖擊和底板沖擊，少數(shù)礦井發(fā)生巖爆。 （3）破壞性：往往造成煤壁片幫、頂板可能有瞬間明顯下沉；有時(shí)底板突然鼓起甚至接頂；常常有大量煤塊甚至上百立

2、方米的煤體突然破碎并從煤壁拋出，堵塞巷道，破壞支架；從后果來看沖擊地壓往往造成人員傷亡和巨大的生產(chǎn)損失。 （4）復(fù)雜性：在自然地質(zhì)條件上，除褐煤以外的各種煤種都記錄到?jīng)_擊現(xiàn)象，采深從2001000m，各種地質(zhì)條件都發(fā)生過沖擊地壓。在生產(chǎn)技術(shù)條件上，各種采煤方法都出現(xiàn)了沖擊地壓。 1.2 沖擊地壓的分類 （一）根據(jù)顯現(xiàn)強(qiáng)度及其對(duì)煤和巖層、支架、設(shè)備的破壞程度分（分為四類） 1彈射：單個(gè)碎塊從煤巖體表面彈射出來，并伴有強(qiáng)烈的聲響。 2煤炮（深部沖擊）：深部的煤巖體發(fā)生破壞，但煤或巖石不向已采空間內(nèi)拋出，只有片幫或散落現(xiàn)象，巖體震動(dòng)，伴有聲響，有時(shí)產(chǎn)生煤塵。 3微沖擊：煤或巖石向已采空間拋出，但對(duì)支

3、架和設(shè)備無損害，圍巖震動(dòng)，伴有很大聲響，產(chǎn)生煤塵，在瓦斯煤層中可能有大量(dling)瓦斯涌出。 4強(qiáng)沖擊：部分煤或巖體急劇破壞，大量的煤或巖石向已采空間拋出，出現(xiàn)支架折損(sh sn)、設(shè)備移動(dòng)和圍巖強(qiáng)烈震動(dòng)，伴有巨大聲響，形成大量煤塵。 （三）根據(jù)煤巖體應(yīng)力來源及加載方式(fngsh)分（分為四種類型） 1重力型 主要受重力作用，沒有或只有少量構(gòu)造應(yīng)力的影響而引起的沖擊地壓。 2構(gòu)造型 主要受構(gòu)造應(yīng)力作用引起的沖擊地壓。 3震動(dòng)型 煤巖體受震動(dòng)載荷而產(chǎn)生的沖擊地壓，它與重力型沖擊地壓的區(qū)別在于載荷的類型為脈沖式動(dòng)載，載荷方向與震動(dòng)波的傳播形式和途徑有關(guān)。 4綜合型 受幾種載荷共同作用而引起

4、沖擊地壓。 兗州礦區(qū)沖擊地壓分類 （四）按巷道破壞部位分類 從巷道（煤巷、回采巷道）圍巖破壞部位分析，兗州礦區(qū)的沖擊動(dòng)力破壞現(xiàn)象可分為三種類型： 第一類：底板沖擊（鼓起）型：東灘礦42軌3#提（兩次修復(fù)）、43上07軌順、143上06（西）工作面； 第二類：頂板沖擊（下沉）型：東灘礦43上04（北）工作面運(yùn)順、濟(jì)三礦6300工作面輔助順槽，東灘礦4305工作面切眼導(dǎo)硐；該類沖擊具有頂板活動(dòng)誘發(fā)沖擊的特點(diǎn)。 第三類：巷幫沖擊型：濟(jì)三礦6303工作面輔助順槽； 北京：門頭溝煤礦是我國沖擊地壓最嚴(yán)重的礦井之一，現(xiàn)在是木城澗、大安山礦和房山礦具有沖擊危險(xiǎn)。黑龍江：雞西、鶴崗。遼寧：撫順礦務(wù)局，勝利礦為

5、最早，而龍鳳礦最為嚴(yán)重，現(xiàn)在是老虎臺(tái)礦較嚴(yán)重。阜新（五龍、孫家灣）、北票（臺(tái)吉、冠山）。開灤：唐山礦，開灤礦務(wù)局唐山礦的沖擊地壓大多發(fā)生在兩面或三面臨空的半島形或孤島形煤柱中。徐州礦務(wù)局，三河尖礦為“三硬”礦區(qū)，沖擊地壓危害較嚴(yán)重。旗山礦與權(quán)臺(tái)礦同屬“三軟”礦井，事實(shí)上這兩個(gè)礦都曾發(fā)生了較為嚴(yán)重的沖擊地壓事故。四川：硯臺(tái)、天池。 山西：大同。 山東省從1960年到2004年共在13個(gè)礦井(kungjng)發(fā)生231次沖擊(chngj)地壓、死亡25人，重傷(zhn shn)46人。目前具有沖擊危險(xiǎn)的礦井如下： 新汶礦業(yè)集團(tuán) 孫村、華豐、良莊、協(xié)莊、潘西；淄博礦業(yè)集團(tuán) 唐口礦；臨沂礦務(wù)局 古城礦

6、；濟(jì)寧市 歡城礦；棗莊礦務(wù)局 陶莊礦，八一礦；兗州煤業(yè)股份公司 東灘礦、濟(jì)三煤礦、南屯煤礦、濟(jì)二煤礦。 1.3 國外沖擊地壓概況 （一）前蘇聯(lián) 自1951年起，全蘇地質(zhì)力學(xué)及礦山測(cè)量研究院以及其他研究單位和高等院校等幾十個(gè)單位配合國家技術(shù)監(jiān)察部門與生產(chǎn)單位一起著手解決煤礦的沖擊地壓問題。經(jīng)過多年的努力，基本上形成了一整套防治沖擊地壓的組織管理系統(tǒng)，并制定了有關(guān)技術(shù)規(guī)程，發(fā)展并逐步完善了一整套行之有效的防治措施和預(yù)報(bào)方法，取得了良好效果，沖擊次數(shù)大為減少。 （二）波蘭 波蘭早在20世紀(jì)60年代初期就著手大力開展科學(xué)研究和防治工作。煤層的沖擊傾向?qū)嶒?yàn)室測(cè)定和井下測(cè)定是波蘭學(xué)者首先倡導(dǎo)并大力發(fā)展的。

7、此外，在將巖體聲學(xué)以及地震法用于礦山?jīng)_擊危險(xiǎn)探測(cè)和監(jiān)測(cè)方面，居世界領(lǐng)先地位。 （三）德國 德國是防治沖擊地壓較有成效的國家，其主要的工作基點(diǎn)在于實(shí)用。由德國所發(fā)展的鉆孔卸載法、鉆屑法以及其它方法在國際上享有較高聲譽(yù)。 近些年來，沖擊地壓所造成的破壞后果日益嚴(yán)重，引起了各國的注意。目前世界采礦大會(huì)國際巖石力學(xué)局成立了沖擊地壓研究小組。沖擊地壓的研究已成為巖石力學(xué)科中與現(xiàn)代科學(xué)聯(lián)系最密切的一個(gè)獨(dú)立的分支學(xué)科。 由于其發(fā)生(fshng)機(jī)理尚不完全清楚，以及井下地質(zhì)條件及開采條件的復(fù)雜性，沖擊地壓從理論到防治都沒有完全解決，目前仍然是困擾學(xué)術(shù)界及采礦界的一個(gè)世界性難題。 2 沖擊地壓發(fā)生(fshng

8、)的機(jī)理 2.1 沖擊(chngj)傾向性理論 發(fā)生沖擊地壓的煤巖體一般都具有一定的物理力學(xué)特性，決定其積聚能量并產(chǎn)生沖擊破壞的能力，這種能力可稱之為沖擊傾向，是煤巖的固有屬性。1 煤樣動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間 在常規(guī)單軸壓縮試驗(yàn)條件下，煤試件從極限強(qiáng)度到完全破壞所經(jīng)歷的瞬態(tài)延續(xù)時(shí)間稱為煤樣動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間。 通過組合試件試驗(yàn)得知，在頂?shù)装蹇箟簭?qiáng)度較高的情況下，在試驗(yàn)時(shí)，組合試件基本是煤的部分發(fā)生破壞，并且測(cè)得數(shù)值表明組合試件顯示的沖擊傾向比純煤試件更加強(qiáng)烈。說明在圍巖作用下，煤的沖擊性會(huì)更為劇烈。 2.2 強(qiáng)度理論 井下煤巖體除了承受深度壓力和支承壓力作用外，還存在由于地質(zhì)構(gòu)造作用引起的構(gòu)造應(yīng)力和其它應(yīng)力。

9、“煤體圍巖”系統(tǒng)處于復(fù)雜的受力狀態(tài)，內(nèi)部存在弱面，所以煤巖體的承載能力應(yīng)是煤體圍巖系統(tǒng)的強(qiáng)度。只要外載大于承載能力，就會(huì)發(fā)生破壞。導(dǎo)致巖體破壞的決定因素，不是應(yīng)力本身，而是它與巖體強(qiáng)度的比值。當(dāng)煤巖應(yīng)力等于或大于煤巖系統(tǒng)的強(qiáng)度時(shí)發(fā)生破壞。因此發(fā)生沖擊地壓的強(qiáng)度條件或強(qiáng)度判據(jù)為： 2.3 能量理論 該理論認(rèn)為發(fā)生沖擊地壓需要大量能量，不僅礦體釋放能量，圍巖也釋放能量。隨著采掘范圍的不斷擴(kuò)大，“礦體圍巖”系統(tǒng)在其力學(xué)平衡狀態(tài)破壞時(shí)，可釋放的能量大于消耗的能量時(shí)就產(chǎn)生沖擊地壓。考慮到發(fā)生沖擊地壓能量轉(zhuǎn)換的不均勻性和時(shí)間效應(yīng)，礦體和圍巖儲(chǔ)存的能量應(yīng)乘以釋放系數(shù)，以單位時(shí)間的能量釋放和消耗作為判據(jù)： 2

10、.4 組合理論(lln)（三條件理論） 組合理論是把強(qiáng)度理論、能量理論的判據(jù)以及把煤巖沖擊傾向(qngxing)指數(shù)是否達(dá)到極限值作為沖擊傾向度判據(jù)，組成了新的沖擊地壓判據(jù)： 一般來說，強(qiáng)度條件為充分條件，能量條件及沖擊(chngj)傾向?yàn)楸匾獥l件。三個(gè)條件同時(shí)滿足，才是產(chǎn)生沖擊地壓的充分必要條件。 2.5 失穩(wěn)理論 該理論認(rèn)為煤巖變形系統(tǒng)平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性質(zhì)是沖擊地壓發(fā)生與否的先決條件。如果系統(tǒng)狀態(tài)是非穩(wěn)定的，則可能失穩(wěn)而發(fā)生沖擊地壓，否則不會(huì)發(fā)生。因此，變形系統(tǒng)的平衡狀態(tài)非穩(wěn)定性判別準(zhǔn)則，就成了沖擊地壓可能發(fā)生的判別準(zhǔn)則。通常采用狄里希銳準(zhǔn)則，認(rèn)為系統(tǒng)的勢(shì)能有極值，若是極小值，則系統(tǒng)的平衡狀

11、態(tài)是穩(wěn)定的。進(jìn)而得出，系統(tǒng)勢(shì)能的極值不是極小值，則平衡狀態(tài)是非穩(wěn)定的，在微小擾動(dòng)下將發(fā)生失穩(wěn)，它構(gòu)成沖擊地壓發(fā)生的必要條件。當(dāng)系統(tǒng)失穩(wěn)釋放的能量遠(yuǎn)大于消耗的能量時(shí)，才能有多余的能量轉(zhuǎn)化為拋出煤塊的動(dòng)能和地震能，它構(gòu)成沖擊地壓發(fā)生的充分條件，兩者共同組成沖擊地壓發(fā)生的失穩(wěn)理論判別準(zhǔn)則。如果滿足了必要條件，而沒有滿足充分條件，則只發(fā)生輕微的震動(dòng)現(xiàn)象，即礦井下經(jīng)常發(fā)生的微震現(xiàn)象。 第三講 沖擊地壓的影響因素（發(fā)生原因）3.1 自然地質(zhì)因素 煤層性質(zhì)，煤層頂?shù)装逍再|(zhì)，地質(zhì)構(gòu)造。3.2 開采技術(shù)條件 開采方法、采掘順序、頂板管理方法、遺留煤柱、割煤放炮等。3.3 星球活動(dòng)對(duì)發(fā)生沖擊地壓的影響 地球自轉(zhuǎn)的

12、影響，一年中容易發(fā)生沖擊危險(xiǎn)的月份，太陽活動(dòng)性的影響，月球太陽潮應(yīng)力的影響。 第三講 沖擊地壓的影響因素（發(fā)生原因）3.1 影響沖擊地壓主要的自然地質(zhì)因素有： 煤層性質(zhì)：包括煤的沖擊傾向、煤的強(qiáng)度、彈性和脆性等力學(xué)性質(zhì)；煤的厚度、埋藏深度以及煤的含水率、孔隙度、煤層結(jié)構(gòu)(jigu)等物理性質(zhì)。 煤層頂?shù)装逍再|(zhì)：賦存的堅(jiān)硬(jinyng)巖層的厚度、強(qiáng)度、沖擊傾向與煤層的粘結(jié)程度等。 地質(zhì)構(gòu)造：褶曲構(gòu)造（向斜、背斜）和斷裂構(gòu)造（斷層、節(jié)理）情況，局部地應(yīng)力異常，煤層厚度(hud)和傾角的突然變化等。 3.1.1 煤（巖）性質(zhì) 煤（巖）的物理力學(xué)性質(zhì)是發(fā)生沖擊地壓的內(nèi)因。煤巖的彈性、脆性和沖擊傾向

13、是關(guān)鍵因素。一方面能把發(fā)生沖擊地壓所需的大量能量儲(chǔ)存起來，另一方面又能發(fā)生脆性破壞，并瞬間釋放彈性能。沖擊地壓發(fā)生的必要條件是積聚較多的彈性能，所以彈性大、脆性大是沖擊危險(xiǎn)煤層的基本特征。 縱觀國內(nèi)外發(fā)生沖擊地壓的煤層物理力學(xué)性質(zhì)，其共同特征是：煤質(zhì)脆而硬，天然含水率低（13），單軸抗壓強(qiáng)度c=1030MPa，一般高于20MPa，彈性模量E（29）103MPa，一般大于3103MPa，泊松比（橫向變形系數(shù)）=0.20.3，粘結(jié)力C=38MPa，內(nèi)摩擦角=3540，孔隙率n510。然而對(duì)于發(fā)生沖擊地壓的最重要的力學(xué)性質(zhì)，是在其受壓破壞前的全部變形中的彈性變形部分所占比重很大，而塑性變形少。典型沖

14、擊地壓煤層力學(xué)性質(zhì) 3.1.2 圍巖性質(zhì) 圍巖性質(zhì)主要是頂板巖性和厚度及其在煤層開采后的可冒性，是影響沖擊地壓的重要因素。特別對(duì)老頂是厚層砂巖或其它堅(jiān)硬巖層，底板也是堅(jiān)硬巖層結(jié)構(gòu)的沖擊危險(xiǎn)煤層更具沖擊危險(xiǎn)性。厚層堅(jiān)硬頂板在懸露面積很大時(shí)，不僅本身彎曲積蓄變形能，而且在附近地層中（特別是老頂折斷處）形成支承壓力。當(dāng)老頂折斷時(shí)還會(huì)造成附加載荷，并傳遞到煤層上，通過煤層破壞釋放變形能（包括位能），產(chǎn)生強(qiáng)烈的巖層震動(dòng)引起沖擊地壓，而且底板也參與沖擊地壓的顯現(xiàn)。 3.1.3 開采深度 隨著(su zhe)我國煤炭生產(chǎn)的發(fā)展，礦井開采深度正在以每年平均加深810m的速度增加著。深部開采的回采工作，將會(huì)遇到

15、礦山壓力的嚴(yán)重干擾。在更大的開采深度下，煤層邊緣區(qū)的附加載荷更大，致使支承壓力增加并傳播迭加在煤層上方，使沖擊危險(xiǎn)的范圍擴(kuò)大(kud)。特別是已采煤層邊界或煤柱的附加載荷增加更大，使沖擊危險(xiǎn)范圍更加擴(kuò)大。 開采深度愈大，煤體應(yīng)力愈高，煤體變形和積蓄的彈性能也愈大。就一定的開采技術(shù)(jsh)條件下，具有沖擊傾向的煤層都存在一個(gè)沖擊地壓發(fā)生的臨界深度。 影響沖擊地壓臨界深度的因素很多，主要有煤體強(qiáng)度、煤的沖擊傾向性、煤層自然含水率、頂?shù)装搴透采w層性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、構(gòu)造應(yīng)力大小和方向、開采技術(shù)因素等。 沖擊地壓次數(shù)與開采深度關(guān)系 3.1.4 地質(zhì)構(gòu)造 （1） 煤層變化的影響 煤層厚度及分叉結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，

16、造成了煤層和頂板條件的變化，從而引起了沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的變化。（2） 斷層的影響 實(shí)踐證明，沖擊地壓經(jīng)常發(fā)生在向斜軸部，特別是構(gòu)造變化區(qū)，斷層附近，煤層傾角變化帶，煤層皺曲，構(gòu)造應(yīng)力帶。當(dāng)巷道接近斷層或向斜軸部時(shí)，沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)明顯上升，而且強(qiáng)度加大。例如在龍風(fēng)礦50次沖擊地壓中，36次（72%）與斷層有關(guān)。62%是巷道接近斷層時(shí)發(fā)生的，14%是巷道處于斷層線附近，而只有10%是在巷道離開斷層時(shí)發(fā)生的。其中34%發(fā)生在巷道距斷層520m范圍內(nèi)的。 實(shí)踐表明，相當(dāng)一部分震動(dòng)集中在斷層附近。其中在斷層的上盤開采時(shí)的震動(dòng)能量大于斷層下盤開采時(shí)的震動(dòng)能量。在向斜部分開采時(shí)，震動(dòng)也很強(qiáng)烈。 在斷層和

17、向斜附近震動(dòng)集中的原因是地殼的運(yùn)動(dòng)形成的殘余構(gòu)造應(yīng)力。該應(yīng)力與開采引起的應(yīng)力集中疊加最大的位置即為巖體震動(dòng)的位置。 斷層附近的震動(dòng)活動(dòng)強(qiáng)烈，沖擊(chngj)地壓的危險(xiǎn)性高。當(dāng)工作面接近斷層時(shí)，需要加強(qiáng)沖擊地壓的監(jiān)測(cè)和治理。 斷層通常是鎖住不動(dòng)的，當(dāng)其兩側(cè)的應(yīng)力積累到足以引起沿?cái)鄬拥臄嗔褧r(shí)，則發(fā)生位移，形成(xngchng)粘滑。當(dāng)斷層處于粘滑狀態(tài)，其周圍巖石可因位移一段而積累彈性能，當(dāng)斷層上的應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時(shí)，斷層滑動(dòng)（儲(chǔ)存在附近巖石中的彈性能一部分以地震能輻射出去）形成強(qiáng)烈震動(dòng)。 （3） 褶曲的影響(yngxing) 一般情況下，對(duì)于巷道及回采工作面來說，在皺曲的各個(gè)部位，出現(xiàn)的危性最

18、不一樣的，如圖所示，I區(qū)，皺曲向斜部分，這部分其應(yīng)力，垂直為壓力，水平為拉力，最容易出現(xiàn)冒頂；區(qū)皺曲翼，這部分的應(yīng)力，垂直和水平均為壓力，最易出現(xiàn)沖擊地壓；區(qū)皺曲背斜，其應(yīng)力狀態(tài)為垂直拉力，水平壓力，這部分也是最大礦山壓力區(qū)域。 （4） 構(gòu)造應(yīng)力的影響 沖擊地壓礦井的地應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果也證實(shí)了構(gòu)造應(yīng)力的存在和對(duì)沖擊地壓有影響。構(gòu)造應(yīng)力（主應(yīng)力是水平矢量）對(duì)巷道穩(wěn)定性有影響，表現(xiàn)在巷道的破壞形式是沿輪廓線層層剝落，然后沿弱面斷裂破壞。 根據(jù)對(duì)硯臺(tái)煤礦6號(hào)煤層截止到1995年所發(fā)生的112次沖擊地壓統(tǒng)計(jì)分析表明：屬正常開采并與構(gòu)造應(yīng)力有關(guān)的發(fā)生91次，采掘方向與構(gòu)造主應(yīng)力近似垂直時(shí)發(fā)生沖擊地壓共82次

19、，占總次數(shù)的90.11%；而與構(gòu)造主應(yīng)力順向時(shí)，發(fā)生9次，占總次數(shù)的9.89%。這說明地應(yīng)力方向?qū)_擊地壓有顯著的影響。 3.2 開采技術(shù)條件 重要的生產(chǎn)技術(shù)條件有：開采方法、采掘順序、頂板管理方法、遺留煤柱、割煤放炮等。一般講，開采技術(shù)條件可從兩方面促使沖擊地壓發(fā)生；一是人為地形成高度應(yīng)力集中，增加發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)性；二是采掘或爆破造成周邊應(yīng)力狀態(tài)的急劇變化和煤層約束條件的改變，以及爆破的動(dòng)載荷作用，觸發(fā)了沖擊地壓。 3.2.1 采煤(ci mi)方法 各種采煤方法的巷道布置和頂板管理方法不同(b tn)，所產(chǎn)生的礦山壓力和分布規(guī)律也不同。長壁工作面開采法是沖擊地壓煤層最有利的開采方法 。

20、 沖擊地壓煤層的開拓和開采方法的選擇首要考慮的是能夠整齊、干凈地進(jìn)行回采，不留或少留煤柱，盡可能保證工作面成直線，不使煤層有向采空區(qū)突出的地段，在煤層中掘巷量最少，限制采場(chǎng)和巷道附近的應(yīng)力(yngl)集中。 正確地設(shè)計(jì)選擇合理的開采順序也是至關(guān)重要的。有利于安全開拓、準(zhǔn)備和回采工作的所有環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，都應(yīng)當(dāng)考慮能最大限度地限制在采場(chǎng)和巷道附近形成危險(xiǎn)的應(yīng)力集中帶。3.2.2 煤柱 煤柱是產(chǎn)生應(yīng)力集中的地點(diǎn)、孤島形和半島形煤柱可能受幾個(gè)方向集中應(yīng)力的疊加作用。因而在煤柱附近最易發(fā)生沖擊地壓。煤柱上的集中應(yīng)力不僅對(duì)本煤層開采有影響，還向下傳遞，對(duì)下部煤層形成沖擊條件。 波蘭經(jīng)驗(yàn)表明，由于煤層和圍巖的

21、結(jié)構(gòu)不同，煤柱寬度和埋藏深度不同，煤柱自身中的應(yīng)力要比原始應(yīng)力大好幾倍。統(tǒng)計(jì)分析22年的資料表明，大約有60%的沖擊地壓是由于鄰近煤層采空區(qū)中遺留煤柱或本層遺留煤柱引起的。 3.2.3 放炮、割煤、掘巷等震動(dòng)觸發(fā) 一般可以簡單地把沖擊地壓視為一種剪切破壞，發(fā)生時(shí)具有猛烈的爆炸性。煤巖破壞可能趨于兩種極端情況。一種是煤巖局部負(fù)載達(dá)到它的極限強(qiáng)度附近時(shí)，立刻破壞。這種破壞發(fā)生的比較平靜，帶有局部性和漸近性，是一種平穩(wěn)破壞和釋放能量過程。另一種是煤巖負(fù)載達(dá)到極限強(qiáng)度后，頑固地維系一種高度不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)而不破壞。這種情況下負(fù)荷達(dá)到破壞點(diǎn)的區(qū)域隨采掘工作的繼續(xù)而不斷擴(kuò)大。一旦遇到某些相對(duì)較小的“觸發(fā)因

22、素”的作用，就足以引起沖擊地壓發(fā)生。采掘工作面存在大量的打破平衡狀態(tài)的觸發(fā)因素。例如落煤，頂板斷裂或離層引起的動(dòng)載作用和震動(dòng)；鄰區(qū)放炮或發(fā)生沖擊地壓或天然地震引起的震動(dòng)；機(jī)械打眼和落煤引起的震動(dòng)；煤層含水率和溫度變化等。3.3 星球(xngqi)活動(dòng)對(duì)發(fā)生沖擊地壓的影響 3.3.1 地球(dqi)自轉(zhuǎn)影響 在這種情況(qngkung)下，在緯度30和45之間就能觀察到最大的應(yīng)力差（18MPa），地震和突出危險(xiǎn)最活動(dòng)的表現(xiàn)就在緯度30和45之間。山東省沖擊地壓較嚴(yán)重的棗莊、兗州、新汶礦區(qū)，就位于緯度35附近。根據(jù)對(duì)中國沖擊地壓礦井分布的統(tǒng)計(jì)5，主要分布在華北、東北地區(qū)，集中分布在北緯34、北緯3

23、9、和北緯42附近區(qū)域，符合這一規(guī)律。 3.3 星球活動(dòng)對(duì)發(fā)生沖擊地壓的影響 3.3.2 一年中容易發(fā)生沖擊危險(xiǎn)的月份 對(duì)于絕大多數(shù)煤田來說，沖擊地壓的最大值都處在23月份，68月份，1112月份。春天和夏天的最大值出現(xiàn)在不同的煤田，與此同時(shí)秋冬的最大值同時(shí)出現(xiàn)在許多煤田中。沖擊地壓發(fā)生數(shù)量的最大值的月份與地球自轉(zhuǎn)最小速度的月份（23月，11月）和最大速度（69月）的月份有關(guān)。 3.3 星球活動(dòng)對(duì)發(fā)生沖擊地壓的影響 3.3.3 太陽活動(dòng)性的影響 影響太陽的活動(dòng)力通過地球磁場(chǎng)的變化，并且由于磁場(chǎng)的變化通過巖石的強(qiáng)度性質(zhì)的變化，影響地殼的應(yīng)力狀態(tài)。地震和煤礦、金屬礦里的動(dòng)力現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)資料就能證明這

24、一點(diǎn)。3.3 星球活動(dòng)對(duì)發(fā)生沖擊地壓的影響 3.3.4 月球太陽潮應(yīng)力的影響 朔望之時(shí)，日月與地球位于一直線上，對(duì)地球的引力疊加，太陽、月亮潮達(dá)到極限值，易觸發(fā)沖擊地壓。潮汐應(yīng)力所產(chǎn)生的加在礦井煤柱的補(bǔ)充負(fù)載起主要作用，潮汐應(yīng)力加在煤柱上的加速度愈大（加載和卸載不是主要的），處于極限應(yīng)力狀態(tài)煤柱的破壞就愈有可能。 沖擊地壓預(yù)測(cè)是防治工作的重要部分。準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)對(duì)及時(shí)采取區(qū)域性防范措施和局部性解危措施十分重要。沖擊地壓的預(yù)測(cè)包括時(shí)間、地點(diǎn)和規(guī)模。 第四講 沖擊地壓的預(yù)測(cè)方法沖擊地壓的預(yù)測(cè)方法，大致可以分為兩類：一類是區(qū)域預(yù)測(cè)方法，包括經(jīng)驗(yàn)類比法（綜合系數(shù)法、地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃法）；第二類是局部檢測(cè)法，主

25、要包括鉆屑法，電磁輻射檢測(cè)法和微震系統(tǒng)監(jiān)測(cè)法，還有煤巖體變形觀測(cè)法（頂板動(dòng)態(tài)(dngti)、圍巖變形）、煤巖體應(yīng)力測(cè)量法（相對(duì)應(yīng)力測(cè)量，絕對(duì)應(yīng)力測(cè)量）、地音系統(tǒng)監(jiān)測(cè)法、巖餅法等；此外還有，以及其它地球物理方法（地溫、地磁等）。 鉆屑法的實(shí)際(shj)應(yīng)用 （1）估測(cè)支承(zh chn)壓力 由于鉆屑法能夠估測(cè)煤巖體應(yīng)力大小和分布，因而能夠用于估測(cè)采掘工作面的支承壓力大小和分布規(guī)律。 （2）鑒別沖擊危險(xiǎn) 用鉆屑法鑒別沖擊危險(xiǎn)是帶有經(jīng)驗(yàn)性的，而且不能依據(jù)個(gè)別鉆孔提供的數(shù)據(jù)，應(yīng)通過多個(gè)鉆孔的測(cè)試結(jié)果，鑒別沖擊危險(xiǎn)的變化。 （3）檢查解危措施的效果 實(shí)施解危措施后，支承壓力峰值降低，峰值位置向煤體深部

26、轉(zhuǎn)移，打鉆過程中一般比較平靜，無動(dòng)力現(xiàn)象。這些都表明煤體已經(jīng)卸載。 第五講 沖擊地壓防治措施 5.1 采用合理的開拓布置和開采方式 1）沖擊地壓礦井的開采設(shè)計(jì)原則，開采沖擊地壓煤層的專門設(shè)計(jì)內(nèi)容和規(guī)范，掘進(jìn)和回采工作的專項(xiàng)措施等，必須遵照?qǐng)?zhí)行煤礦安全規(guī)程和暫行規(guī)定的有關(guān)條文規(guī)定。 2）在勘探和礦井設(shè)計(jì)階段，就力圖盡早查明沖擊危險(xiǎn)煤層和區(qū)段，可以在設(shè)計(jì)中就考慮和規(guī)定沖擊地壓防治措施。 3）現(xiàn)有的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)沖擊危險(xiǎn)的手段和方法，對(duì)盡早的查明沖擊危險(xiǎn)煤層和礦井區(qū)域，為在礦井（水平）設(shè)計(jì)和煤層開拓期間考慮和采取防范措施奠定了基礎(chǔ)。 4）井田劃分必須保證合理的開采順序，最大限度地避免形成煤柱等應(yīng)力集中區(qū)

27、。 5）開采有沖擊危險(xiǎn)的煤層(micng)，回采巷道也應(yīng)盡可能避開支承壓力峰值范圍。 6）采用長壁式開采法相對(duì)其它采煤方法，有利于減緩(jin hun)或消除沖擊地壓發(fā)生的條件。 5.3. 煤層(micng)預(yù)注水5.3.1 煤層注水防治沖擊地壓的原理 煤層預(yù)注水是在采掘工作前，對(duì)煤層進(jìn)行長時(shí)壓力注水。注水一般是在已掘好的回采巷道內(nèi)或臨近的巷道內(nèi)進(jìn)行。目的是通過壓力水的物理化學(xué)作用，改變煤的物理力學(xué)性質(zhì)，降低煤層沖擊傾向和應(yīng)力狀態(tài)。煤層預(yù)注水是一種積極主動(dòng)的區(qū)域性防范措施，不僅能消除或減緩沖擊地壓威脅，而且可起到消塵、降溫，改善勞動(dòng)條件的作用 。 水對(duì)煤巖強(qiáng)度的影響，已在實(shí)驗(yàn)室對(duì)煤巖進(jìn)行不同浸

28、水和不同浸泡時(shí)間的大量試驗(yàn)研究所證明。煤巖試樣浸水隨煤巖含水率增加，孔隙率和泊松比增大，但其強(qiáng)度和彈性模量降低，并在一定時(shí)間內(nèi)，隨浸水時(shí)間的延長而加劇。 5.4 卸壓爆破 卸壓爆破是對(duì)已形成沖擊危險(xiǎn)的煤體，用爆破方法減緩其應(yīng)力集中程度的一種解危措施。卸壓爆破能同時(shí)局部解除沖擊地壓發(fā)生的強(qiáng)度條件和能量條件。即在近煤壁一定寬度的條帶內(nèi)破壞煤的結(jié)構(gòu)（但不落煤），使它不能積聚彈性能或達(dá)不到威脅安全的程度。這樣在煤幫形成一條卸壓保護(hù)帶，隔絕了工作空間與處于煤層深處的高應(yīng)力區(qū)。顯然，從防治沖擊地壓的角度看，用適量的炸藥，爆破出盡量寬的保護(hù)帶為好。 根據(jù)多年的觀測(cè)實(shí)踐證明，如果能保證在工作面前方和巷道兩幫始

29、終保持一個(gè)寬為710m的保護(hù)帶，就能防止沖擊地壓的危害。 卸壓爆破的優(yōu)越之處在于：一是簡便易行，卸壓爆破可以作為采掘的一道工序，而且爆破時(shí)人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)地點(diǎn)，比較安全。二是卸壓爆破效果可以用鉆屑法等方法檢查，裝藥量也可適當(dāng)控制，因此也比較可靠。其不足之處是卸載范圍不易掌握，卸載效果不能持久，爆破技術(shù)尚需改進(jìn)。目前世界上幾乎所有煤礦有沖擊地壓的國家，都把卸壓爆破作為沖擊地壓的主要解危措施。 5.5 鉆孔(zun kn)卸壓鉆孔卸壓是利用鉆孔方法(fngf)消除或減緩沖擊地壓危險(xiǎn)的解危措施。 鉆孔卸壓的實(shí)質(zhì)是利用高應(yīng)力條件下，煤層中積聚的彈性(tnxng)能來破壞鉆孔周圍的煤體，使煤層卸壓、釋放能量

30、，消除沖擊危險(xiǎn)。 鉆孔卸壓在德國等國家被認(rèn)為是最為實(shí)用有效的方法。作為安全措施，該法是德國唯一得到國家監(jiān)察局批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)措施。一般選用95mm直徑鉆頭。在施工卸壓孔時(shí)，德國在預(yù)防沖擊地壓規(guī)程中規(guī)定：打卸壓孔前一定要用鉆屑法查明壓力帶的范圍和程度。只允許在低應(yīng)力區(qū)開始施工卸壓孔，且要由低應(yīng)力區(qū)向高應(yīng)力區(qū)鉆進(jìn)，并同時(shí)記錄每米鉆孔的鉆屑量、高壓特征和特殊情況。卸壓孔必須使用遠(yuǎn)距離操縱的鉆機(jī)進(jìn)行施工。鉆孔的最小直徑為95mm，孔間距不得超過10m。鉆孔深度對(duì)于采掘工作面為煤層厚度（采高）的3倍，對(duì)于巷道側(cè)幫為采高的4倍。鉆孔要求盡可能打在高壓區(qū)。卸壓孔的布置方式和參數(shù)應(yīng)根據(jù)具體情況確定。 (1) 鉆孔卸

31、壓作為解危措施是可行的，其優(yōu)點(diǎn)在于能把鉆孔深入到高壓帶，卸壓效果好，靈活可靠，而且壓力愈高，卸壓效果越好，能在惡劣的煤層條件下應(yīng)用。 (2) 此外鉆孔排出的煤粉量還可作為評(píng)價(jià)危險(xiǎn)程度和卸壓效果的指標(biāo)。 (3) 可使用遙控鉆進(jìn)，安全性好。 (4) 但卸壓孔施工有時(shí)出現(xiàn)煤粉量異常增加，卡死鉆桿，不易鉆進(jìn)等問題。5.7 沖擊地壓顯現(xiàn)的防護(hù)措施 沖擊地壓對(duì)井下工作人員的危害，主要是使人員受外傷，以及被拋出和冒落的煤巖石擊傷和埋住，另外還有瓦斯等有害氣體的威脅。因此，為了保證井下工作人員的安全，必須采取防護(hù)措施： 1進(jìn)行沖擊地壓相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)，以及作業(yè)地點(diǎn)特殊的安全措施。 必須進(jìn)行防治沖擊地壓基本知識(shí)教育，熟悉沖擊地壓發(fā)生的原因、條件、前兆等基礎(chǔ)知識(shí)以及需要采取的防治措施。對(duì)于特定的采掘作業(yè)地點(diǎn)，必須認(rèn)真學(xué)習(xí)作業(yè)規(guī)程及相關(guān)的安全措施，并在生產(chǎn)時(shí)認(rèn)真執(zhí)行。 2沖擊(chngj)地壓的前兆信息 由于沖擊地壓發(fā)生的復(fù)雜性及突然性，很難憑人的感覺來預(yù)測(cè)到，所以必須借助專門的預(yù)測(cè)方法和儀器，如前面已經(jīng)介紹過預(yù)測(cè)方法。一般來說，破壞性沖擊發(fā)生前會(huì)有一些微小的沖擊顯現(xiàn)，如煤炮。如果煤炮越來越頻繁，之后可能出現(xiàn)沖擊危險(xiǎn)；或者煤炮很頻繁，又突然消失，煤巖體較平靜，可能預(yù)示出現(xiàn)較大的沖擊顯現(xiàn)。但此方法的難點(diǎn)在于延遲的時(shí)間沒有規(guī)律，可能是幾分鐘到幾天，所以沖擊危險(xiǎn)判定