沖擊地壓防治

1、關于沖擊地壓防治第一張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 煤礦沖擊地壓災害概況第二張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 1.沖擊地壓概述 煤礦在開采中，由于采掘?qū)е碌拿簩禹數(shù)装蹇鍞嗯c破壞，支架折損、冒頂、煤壁片幫、底鼓等現(xiàn)象，可以歸結(jié)為一般的礦山壓力現(xiàn)象，是煤巖體在采動條件下圍巖應力重新分布而發(fā)生的常見的礦山壓力顯現(xiàn)形式。 而沖擊地壓是一種特殊礦壓顯現(xiàn)形式，通常是在煤、巖力學系統(tǒng)達到極限強度時，以突然、急劇、猛烈的形式釋放彈性能，導致煤巖層瞬時破壞并伴隨有煤粉和巖石的沖出，造成井巷的破壞及人身傷亡事故。 第三張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第四張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于

2、2022年6月第五張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第六張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第七張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第八張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第九張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第十張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第十一張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 世界上有記載的第一次發(fā)生沖擊地壓于1738年英國的南史培福煤田。 200多年來，其危害幾乎遍布世界各采礦國家，包括我國在內(nèi)的20多個國家和地區(qū)都記錄有沖擊地壓現(xiàn)象。 我國1933年撫順勝利礦最早發(fā)生沖擊地壓；1985年我國沖擊地壓煤礦為32個，主要分布在北京、

3、棗莊、撫順、大同、阜新、天池等局礦，開采深度平均為600750m。 近年來，由于煤礦開采深度的不斷增加，沖擊地壓發(fā)生礦井數(shù)量及程度又呈明顯上升的趨勢。第十二張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 僅1997年至2006年底，先后在大同、撫順、北京、徐州、新汶、開灤、華亭、義馬、阜新、平頂山等局因沖擊地壓的發(fā)生而導致的重大傷亡事故就多達10余起，死亡人數(shù)達百余人。 截至2006年底，僅新發(fā)生沖擊地壓的礦井就多達60余個，分布范圍擴大到開灤、新汶、義馬、鶴崗、淮南、大屯、平頂山、華亭、韓城、兗州、七臺河等局礦，開采深度也達到7501150m。 沖擊地壓一直沒有像對待水、火、瓦斯等煤礦天敵那樣引

4、起人們的足夠重視，就是發(fā)生了沖擊地壓，工人們也俗稱之為“煤炮”。 絕大部分煤礦都沒有采取治理和防范措施，也沒有相應的研究治理理論，更缺乏對職工進行防治沖擊地壓方面的有針對性的培訓教育。第十三張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 2. 我國沖擊地壓的主要特點 2.1 突發(fā)性 沖擊地壓發(fā)生前一般沒有明顯的宏觀前兆，相當多的沖擊地壓是由爆破、頂板來壓等引起的，但也有很多是在沒有人員活動的期間內(nèi)發(fā)生的，很難確定誘發(fā)因素 沖擊地壓一般伴隨有強烈的震動和聲響，最大震級可達M4.3級，地面幾千米范圍內(nèi)有震感。 2.2 類型多樣 我國沖擊地壓以煤層沖擊最常見，也有頂板沖擊和底板沖擊。房山礦發(fā)生的一次沖擊

5、地壓，底板突然鼓起并開裂成5cm寬的裂縫。 在煤層沖擊中，絕大多數(shù)表現(xiàn)為破碎煤從煤壁拋出，也有極個別情況表現(xiàn)為數(shù)十平方米的煤體整體滑移。第十四張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.3 破壞和損失巨大 2.3.1 人員傷亡。沖擊地壓造成震動使人員碰傷，所造成的冒頂、片幫、支架折斷也傷及人員；由于巷道堵塞、人員被埋而窒息。 2.3.2 破壞生產(chǎn)。沖擊地壓造成片幫、底鼓、冒頂可造成幾十米巷道被堵塞，幾百米巷道支架被損壞，機械設備被移位，風門被暴風摧垮，有的被迫停采，損失煤炭可多達數(shù)萬t。 2.3.3 地面房屋被震壞開裂。 2.4 災害程度不同 我國煤礦沖擊地壓的強度、頻度、災害程度、伴生災

6、害情況等因開采地質(zhì)條件的不同而差別較大。 根據(jù)微震檢測系統(tǒng)記錄，門頭溝煤礦（現(xiàn)已關閉）平均每月記錄到160次各類沖擊和震動；第十五張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 華豐煤礦每月可監(jiān)測到1000余次各類震動； 老虎臺煤礦也是沖擊地壓嚴重的礦井，每月震動次數(shù)達300余次； 臺吉礦存在巖爆、礦震、巖石沖擊、沖擊地壓、地溫熱害等，是我國深井開采多種災害并存的典型。 2.5 發(fā)展趨勢嚴重 1949年以前我國發(fā)生沖擊地壓的礦井只有2個，20世紀50年代增加到7個，60年代為12個，70年代為22個，80年代為32個，90年代為50余個，目前達142個。 隨著開采深度的增加、開采范圍的礦大和開采強

7、度的加大，近年來雖然采取了不少措施，但全國沖擊地壓礦井和總的沖擊地壓次數(shù)并未減少。因此，我國煤礦的開采實踐看，沖擊地壓災害將更加嚴重。第十六張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.沖擊地壓發(fā)生機理及條件 3.1 沖擊地壓發(fā)生機理 沖擊地壓發(fā)生機理，是指沖擊地壓發(fā)生的原因、條件、機制和物理過程。 在一定的地質(zhì)因素和開采條件下，煤（巖）受外力引起變形，發(fā)生突然破壞的力學過程，學者研究得出的沖擊地壓的理論：強度理論、剛度理論、沖擊傾向性理論、能量理論和變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論。第十七張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 我國學者李玉生在總結(jié)了強度理論、能量理論和沖擊傾向性理論之后，結(jié)合國外研究

8、成果提出了“三準則”理論。 該理論認為：強度準則是煤巖體的破壞準則，而能量準則和沖擊傾向性準則是突然破壞準則，因而只有當這三個準則同時滿足時，才會發(fā)生沖擊地壓。 齊慶新從煤巖體結(jié)構(gòu)特牲出發(fā)提出了”三因素”機理。 該理論認為： 沖擊地壓多發(fā)生在斷層、煤層變化等構(gòu)造區(qū)域，沖擊地壓與煤巖體結(jié)構(gòu)具有密切的關系。第十八張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 沖擊發(fā)生除與內(nèi)在因素(沖擊傾向性)、力源因素(高度的應力集中或高度的能量儲存與動態(tài)抗動)有關外，煤巖體結(jié)構(gòu)因素(具有弱面和容易引起突變滑動的層狀介面)也是沖擊發(fā)生的主要因素之一。 這 三因素是導致沖擊地壓多發(fā)生的主要因素。由于目前對煤巖體在受外荷

9、載作用下發(fā)生細觀斷裂和破壞的機理認識不深，同時也對煤巖體內(nèi)部微裂紋的擴展與沖擊過程之間的關系還不明確。 到目前為止對沖擊發(fā)生過程的研究尚未達到機理清晰、規(guī)律明確的程度，新的理論體系尚未形成。 如“三準則”理論并不具備可操作性， “三因素”理論也不是獨立的理論，它只是對沖擊傾向性理論和能量理論的綜合和發(fā)展。第十九張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.2 沖擊地壓的影響因素 沖擊地壓的發(fā)生與采動影響密切相關，但并不是只有采動影響就會發(fā)生沖擊地壓。引起沖擊地壓發(fā)生的影響因素分為三類：煤礦地質(zhì)因素；開采技術條件因素； 組織管理措施因素。 3.2.1 地質(zhì)因素對沖擊地壓的影響 3.2.1.1

10、開采深度 開采深度越大，沖擊地壓發(fā)生的可能性也越大，見圖2-1，橫坐標為采深，縱坐標為沖擊指數(shù)Wt，即開采百萬噸煤炭的沖擊地壓次數(shù)）。第二十張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月從右圖知，當采深H350m時，發(fā)生沖擊地壓的可能性較??； 350mH500m時，在一定程度上危險逐步增加； 采深從500m開始，隨著開采深度的增加，發(fā)生沖擊地壓的次數(shù)急劇增加，沖擊危險性急劇加大。 當采深為800m時，沖擊指數(shù)，Wt=0.57，比采深為500m時（Wt=0.04）增加了近14倍。第二十一張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 我國四川天池煤礦的情況與此類似，如圖所示。從圖中可以看出，采深700m

11、時發(fā)生沖擊地壓的次數(shù)大大高于采深400m時的次數(shù)。第二十二張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 我國煤礦開采實踐表明，礦井不是在開始投產(chǎn)時就發(fā)生沖擊地壓，而是在開采到一定深度后才發(fā)生沖擊地壓。 通過綜合分析我國部分沖擊地壓礦井的開采技術條件，表2-1 列出了我國部分煤礦發(fā)生沖擊地壓的臨界開采深度。由表2-1和圖2-2可知，在中國煤礦的條件下，發(fā)生沖擊地壓的最小采深為200540m，平均為380m。 表2-1 我國部分煤礦發(fā)生沖擊地壓的臨界采深礦井門頭溝天池撫順城子大臺陶莊房山華豐房山煤峪口最小采深/m200240250370460480520380540280第二十三張，PPT共七十六頁

12、，創(chuàng)作于2022年6月 3.2.2 煤層的物理力學性質(zhì) 我國沖擊地層礦井煤層的單軸抗壓強度大于15MPa，堅硬、脆，自然含水率低，最大不超過4%。 3.2.3 頂板巖層的物理力學性質(zhì) 我國沖擊地壓礦井的煤層頂板一般都堅硬、難冒 。第二十四張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.2.4 煤巖層的結(jié)構(gòu) “三硬”結(jié)構(gòu)，即硬頂硬煤硬底結(jié)構(gòu)。 從沖擊地壓機理上分析，這是煤巖體內(nèi)存儲大量彈性變形能的前提條件。 我國一部分沖擊地壓礦井的條件就是這種結(jié)構(gòu)類型，如大同忻州窯礦、北京門頭溝礦、棗莊陶莊礦、開灤唐山礦、新汶華豐礦、徐州三河尖礦等。第二十五張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 硬頂薄軟煤

13、層硬煤層結(jié)構(gòu)，即在 硬 煤層與頂板巖層之間存在薄軟煤層結(jié)構(gòu)。 沖擊地壓多在煤層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、煤巖層具有一定傾角的條件下發(fā)生。 在我國主要沖擊地壓礦井都存在這種煤巖結(jié)構(gòu)特征。軟煤硬煤第二十六張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.2.5 地質(zhì)構(gòu)造 地層的多次運動形成了各種各樣的地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、褶曲、背向斜、煤層厚度變化帶及巖性變化帶等。 在這些地質(zhì)構(gòu)造區(qū)附近，由于存在著地質(zhì)構(gòu)造應力場，通常使煤巖體的構(gòu)造應力，尤其是水平構(gòu)造應力增加，而直接導致沖擊地壓的發(fā)生。 大量沖擊地壓實踐表明，沖擊地壓常常發(fā)生在這些地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域中，如向斜軸部、斷層附近、煤層傾角變化帶、煤層變薄帶和構(gòu)造應力帶。 第二

14、十七張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.3 開采技術條件對沖擊地壓的影響 開采技術條件對沖擊地壓的影響表現(xiàn)在兩個方面： 一是因為開采導致煤巖體的應力迅速增加，在一定區(qū)域、一定范圍內(nèi)形成高應力集中，達到了沖擊地壓發(fā)生的應力條件； 二是原本具有高應力的煤巖體或接近極限狀態(tài)的煤巖體，在采動條件作用下，誘發(fā)沖擊地壓。 3.3.1采煤方法與巷道布置 采煤方法、巷道布置形式、頂板管理方法的不同，煤巖體在掘進和采煤過程中礦山壓力及其分布規(guī)律也顯著不同，發(fā)生沖擊地壓的危險性也各異。 開采近距離煤層群時，不同煤巖層之間存在著相互影響。 這種相互影響在一定條件下就會導致煤巖體處于極限應力狀態(tài)或出現(xiàn)高度

15、的應力集中，最終發(fā)生破壞性的沖擊地壓。 第二十八張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 為了實現(xiàn)對沖擊地壓煤巖層的合理開拓布置，在開采設計階段，就應該正確地、最大限度地選擇合理的開采布置和最大限度地限制在采場或巷道附近形成高度應力集中。 根據(jù)對沖擊地壓事故的資料分析，在采煤工作接近采空區(qū)或老巷40-50m范圍內(nèi)容易發(fā)生沖擊地壓，大多數(shù)事故出現(xiàn)在20-30m范圍內(nèi)。 規(guī)則地進行采煤 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)沖擊的地段，在煤層中掘巷量最少，限制采場和巷道附近的應力集中，等等。第二十九張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 用房柱式開采法因頂板長時間不能冒落

16、，礦山壓力隨工作面繼續(xù)推進而增加，頂板下沉和底板鼓起也隨之增大，這就可能造成潛在危險。 煤層或礦柱上的不均勻載荷及其應力松馳可能使一些礦柱上應力水平提高很大，成為導致沖擊地壓的附加因素。 這里必須考慮到自由面在應力波的多次反射中的影響，以及由此造成應力強度的放大作用。 大量實踐表明，長壁工作面是沖擊地壓煤層最有利的采煤方法。 第三十張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 頂板及時垮落 頂板管理方式對沖擊地壓的影響甚為顯著。這是因為，頂板巖層的懸、斷、垮、冒，直接關系到頂板巖層中彈性能的釋放形式和向煤體傳遞應力和彈性能的能力，甚至直接關系到煤體是否會受到動載的影響。 因為，動載的作用將會加劇

17、沖擊地壓的發(fā)生，破壞更加劇烈。 采用垮落法或采用人工爆破方法處理頂板后，由于頂板中的彈性能能夠及時釋放，沖擊地壓發(fā)生次數(shù)和強度均顯著下降。第三十一張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.3.2 采掘順序?qū)_擊地壓發(fā)生的影響 采掘順序直接影響煤巖層礦山壓力的分布與大小，也直接影響沖擊地壓的發(fā)生。 多煤層開采順序 多煤層即煤層群開采的條件下，通常采用下行開采。上層煤開采結(jié)束后，待煤巖體應力重新分布且穩(wěn)定后再開采下層煤，能夠保證下層煤應力的平穩(wěn)與降低，從而起到降低沖擊危險的目的；采用上行開采時，下層煤的開采將有利于對上層煤的解放，使之應力降低，從而降低沖擊危險性； 相反，如果上、下煤層同時且

18、錯距達不到協(xié)調(diào)開釆的要求，則上、下煤層開采會相互影響，煤巖體的應力將發(fā)生疊加，應力集中強度增大，沖擊危險性增大。第三十二張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 單一煤層采掘方向 單一煤層開采時，如巷道和采煤工作面的相向推進、或在采煤工作面、煤柱中的支承壓力帶內(nèi)掘進巷道、在工作面向采空區(qū)或斷層帶推進等，都會使應力發(fā)生疊加，從而引起沖擊地壓的發(fā)生。 如圖2-7所示，當兩個工作面相向推進時，前方煤體的應力會不斷因疊加而增大，此時，發(fā)生沖擊地壓的危險性也不斷增大； 當掘進工作面在煤柱中掘進時，由于煤柱區(qū)附近為應力集中區(qū)，因此，在該區(qū)域內(nèi)進行掘進，必然會增大沖擊地壓發(fā)生的頻率和強度。第三十三張，PP

19、T共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.3.3 煤柱對沖擊地壓發(fā)生的影響 煤柱是產(chǎn)生應力集中的地點，孤島形和半島形煤柱可能受幾個方向集中應力的疊加作用。 從圖2-8中可以清楚地看到，煤柱附近煤體應力集中程度大，因而在煤柱附近最易發(fā)生沖擊地壓。 煤柱上的集中應力不僅對本煤層開采具有影響，還會向相鄰煤層傳遞，對相鄰煤層的應力條件構(gòu)成影響，甚至導致沖擊地壓的發(fā)生。 開采煤柱容易引起沖擊地壓，特別是回收煤柱的工作面接近采空區(qū)時也容易引起沖擊地壓。第三十四張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.3.4 其他開采條件對沖擊地壓發(fā)生的影響 影響沖擊地壓的其他開采技術條件還包括殘采區(qū)、停采線、采煤工藝

20、過程，如爆破、采煤機割煤等。 殘采區(qū)和停采線 殘采區(qū)和停采線沖擊地壓發(fā)生影響較大。從統(tǒng)計結(jié)果看，89%的沖擊地壓發(fā)生在殘采區(qū)、停采線、斷層區(qū)域。 采空區(qū)和開采面積 當工作面接近已有的采空區(qū)，其距離為2030m時，沖擊地壓危險性隨之增加。 如果工作面旁邊有上區(qū)段的采空區(qū)，該采空區(qū)也使沖擊地壓的危險性增加，危險的最大位置在距煤柱10m左右；當采面接近老巷約15m左右時，沖擊地壓的危險性最大。 在煤層開采面積增加的情況下，巖體的震動能量也隨之增加，研究表明，當開采面積為3萬m2時，釋放的單位面積的震動能量最大。第三十五張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.4 組織管理對沖擊地壓的影響 主要

21、是指如何從組織管理角度采取適當?shù)募夹g措施以保證將沖擊地壓的危害降低到最小程度，或因組織管理措施未認真實施而發(fā)生災害性、破壞性沖擊地壓事故。 例如：對于沖擊地壓煤層開采而言，應按相關規(guī)定采取一系列沖擊預測與防治措施，才能使沖擊地壓預測與防治工程有效地進行如果在實際沖擊地壓的預測與防治實踐中，沒有按有關規(guī)定采取必要的措施和檢測儀器進行預測，沒有選擇有效的沖擊地壓防治措施而發(fā)生沖擊地壓，則表明組織管理措施存在問題，直接導致了沖擊地壓的發(fā)生。第三十六張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.5 執(zhí)行沖擊地壓防治規(guī)定 煤礦安全規(guī)程對防治沖擊地壓的規(guī)定 (1)一 般 規(guī) 定 第二百二十五條在礦井井田

22、范圍內(nèi)發(fā)生過沖擊地壓現(xiàn)象的煤層，或者經(jīng)鑒定煤層(或者其頂?shù)装鍘r層)具有沖擊傾向性且評價具有沖擊危險性的煤層為沖擊地壓煤層。有沖擊地壓煤層的礦井為沖擊地壓礦井。 第二百二十六條有下列情況之一的，應當進行煤巖沖擊傾向性鑒定：(一)有強烈震動、瞬間底(幫) 鼓、煤巖彈射等動力現(xiàn)象的。(二)埋深超過400m 的煤層，且煤層上方100m 范圍內(nèi)存在單層厚度超過10m 的堅硬巖層。(三)相鄰礦井開采的同一煤層發(fā)生過沖擊地壓的。(四)沖擊地壓礦井開采新水平、新煤層。第三十七張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 第二百二十七條開采具有沖擊傾向性的煤層，必須進行沖擊危險性評價。 第二百二十八條礦井防治沖擊

23、地壓(以下簡稱防沖)工作應當遵守下列規(guī)定： (一)設專門的機構(gòu)與人員。 (二)堅持“區(qū)域先行、局部跟進”的防沖原則。 (三)必須編制中長期防沖規(guī)劃與年度防沖計劃，采掘工作面作業(yè)規(guī)程中必須包括防沖專項措施。 (四)開采沖擊地壓煤層時，必須采取沖擊危險性預測、監(jiān)測預警、防范治理、效果檢驗、安全防護等綜合性防治措施。 (五)必須建立防沖培訓制度。第三十八張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 第二百二十九條新建礦井和沖擊地壓礦井的新水平、新采區(qū)、新煤層有沖擊地壓危險的，必須編制防沖設計。防沖設計應當包括開拓方式、保護層的選擇、采區(qū)巷道布置、工作面開采順序、采煤方法、生產(chǎn)能力、支護形式、沖擊危險性

24、預測方法、沖擊地壓監(jiān)測預警方法、防沖措施及效果檢驗方法、安全防護措施等內(nèi)容。 第二百三十條沖擊地壓礦井應當按防沖要求進行礦井生產(chǎn)能力核定。提高礦井生產(chǎn)能力和新水平延深時，必須進行論證。采取綜合防沖措施后不能消除沖擊地壓災害的礦井，不得進行采掘作業(yè)。第三十九張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 第二百三十一條沖擊地壓礦井巷道布置與采掘作業(yè)應當遵守下列規(guī)定： (一)開采沖擊地壓煤層時，在應力集中區(qū)內(nèi)不得布置2個工作面同時進行采掘作業(yè)。2個掘進工作面之間的距離小于150m 時，采煤工作面與掘進工作面之間的距離小于350m 時，2個采煤工作面之間的距離小于500m 時，必須停止其中一個工作面。相

25、鄰礦井、相鄰采區(qū)之間應當避免開采相互影響。 (二)開拓巷道不得布置在嚴重沖擊地壓煤層中，永久硐室不得布置在沖擊地壓煤層中。煤層巷道與硐室布置不應留底煤，如果留有底煤必須采取底板預卸壓措施。(三)嚴重沖擊地壓厚煤層中的巷道應當布置在應力集中區(qū)外。雙巷掘進時2條平行巷道在時間、空間上應當避免相互影響。第四十張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(四)沖擊地壓煤層應當嚴格按順序開采，不得留孤島煤柱。在采空區(qū)內(nèi)不得留有煤柱，如果必須在采空區(qū)內(nèi)留煤柱時，應當進行論證，報企業(yè)技術負責人審批，并將煤柱的位置、尺寸以及影響范圍標在采掘工程平面圖上。開采孤島煤柱的，應當進行防沖安全開采論證；嚴重沖擊地壓礦井

26、不得開采孤島煤柱。(五)對沖擊地壓煤層，應當根據(jù)頂?shù)装鍘r性適當加大掘進巷道寬度。應當優(yōu)先選擇無煤柱護巷工藝，采用大煤柱護巷時應當避開應力集中區(qū)，嚴禁留大煤柱影響鄰近層開采。巷道嚴禁采用剛性支護。(六)采用垮落法管理頂板時，支架(柱)應當有足夠的支護強度，采空區(qū)中所有支柱必須回凈。第四十一張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 (七)沖擊地壓煤層掘進工作面臨近大型地質(zhì)構(gòu)造、采空區(qū)、其他應力集中區(qū)時，必須制定專項措施。 (八)應當在作業(yè)規(guī)程中明確規(guī)定初次來壓、周期來壓、采空區(qū)“見方”等期間的防沖措施。 (九)在無沖擊地壓煤層中的三面或者四面被采空區(qū)所包圍的區(qū)域開采和回收煤柱時，必須制定專項防沖

27、措施。 第二百三十二條具有沖擊地壓危險的高瓦斯、突出煤層的礦井，應當根據(jù)本礦井條件，制定專門技術措施。 第二百三十三條開采具有沖擊地壓危險的急傾斜、特厚等煤層時，應當制定專項防沖措施，并由企業(yè)技術負責人審批。第四十二張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 （2）沖擊危險性預測 第二百三十四條沖擊地壓礦井必須進行區(qū)域危險性預測(以下簡稱區(qū)域預測)和局部危險性預測(以下簡稱局部預測)。區(qū)域與局部預測可根據(jù)地質(zhì)與開采技術條件等，優(yōu)先采用綜合指數(shù)法確定沖擊危險性。 第二百三十五條必須建立區(qū)域與局部相結(jié)合的沖擊地壓危險性監(jiān)測制度。應當根據(jù)現(xiàn)場實際考察資料和積累的數(shù)據(jù)確定沖擊危險性預警臨界指標。 第二

28、百三十六條沖擊地壓危險區(qū)域必須進行日常監(jiān)測。判定有沖擊地壓危險時，應當立即停止作業(yè)，撤出人員，切斷電源，并報告礦調(diào)度室。在實施解危措施、確認危險解除后方可恢復正常作業(yè)。停采3天及以上的采煤工作面恢復生產(chǎn)前，應當評估沖擊地壓危險程度，并采取相應的安全 第四十三張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 3）區(qū)域與局部防沖措施第二百三十七條沖擊地壓礦井應當選擇合理的開拓方式、采掘部署、開采順序、采煤工藝及開采保護層等區(qū)域防沖措施。第二百三十八條保護層開采應當遵守下列規(guī)定：(一)具備開采保護層條件的沖擊地壓煤層，應當開采保護層。(二)應當根據(jù)礦井實際條件確定保護層的有效保護范圍，保護層回采超前被保護

29、層采掘工作面的距離應當符合本規(guī)程第二百三十一條的規(guī)定。(三)開采保護層后，仍存在沖擊地壓危險的區(qū)域，必須采取防沖措施。第四十四張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第二百三十九條沖擊地壓煤層的采煤方法與工藝確定應當遵守下列規(guī)定：(一)采用長壁綜合機械化開采方法。(二)緩傾斜、傾斜厚及特厚煤層采用綜采放頂煤工藝開采時，直接頂不能隨采隨冒的，應當預先對頂板進行弱化處理。第二百四十條沖擊地壓煤層采用局部防沖措施應當遵守下列規(guī)定：(一)采用鉆孔卸壓措施時，必須制定防止誘發(fā)沖擊傷人的安全防護措施。(二)采用煤層爆破措施時，應當根據(jù)實際情況選取超前松動爆破、卸壓爆破等方法，確定合理的爆破參數(shù)，起爆點到

30、爆破地點的距離不得小于300m。(三)采用煤層注水措施時，應當根據(jù)煤層條件，確定合理的注水參數(shù)，并檢驗注水效果。(四)采用底板卸壓、頂板預裂、水力壓裂等措施時，應當根據(jù)煤巖層條件，確定合理的參數(shù)。第四十五張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第二百四十一條沖擊地壓危險工作面實施解危措施后，必須進行效果檢驗，確認檢驗結(jié)果小于臨界值后，方可進行采掘作業(yè)。 4）沖擊地壓安全防護措施第二百四十二條進入嚴重沖擊地壓危險區(qū)域的人員必須采取特殊的個體防護措施。第二百四十三條有沖擊地壓危險的采掘工作面，供電、供液等設備應當放置在采動應力集中影響區(qū)外。對危險區(qū)域內(nèi)的設備、管線、物品等應當采取固定措施，管路應

31、當?shù)鯍煸谙锏姥€以下。第二百四十四條沖擊地壓危險區(qū)域的巷道必須加強支護，采煤工作面必須加大上下出口和巷道的超前支護范圍和強度。嚴重沖擊地壓危險區(qū)域，必須采取防底鼓措施。第二百四十五條有沖擊地壓危險的采掘工作面必須設置壓風自救系統(tǒng)，明確發(fā)生沖擊地壓時的避災路線。第四十六張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 4.沖擊地壓危險性評價及預測技術 4.1. 沖擊地壓分類 目前，國際上還沒有形成統(tǒng)一的沖擊地壓分類方法和方案。 我國沖擊地壓的分類方法有以下幾種： 原煤炭部1983年9月頒布采用兩種分類指標： 4.1.1 根據(jù)破壞后果劃分 一般沖擊地壓：對生產(chǎn)的破壞輕微，不需要進行修復。 破壞性沖擊地壓

32、：對生產(chǎn)造成一定的破壞，需要進行修復工作。 沖擊地壓事故：由于沖擊地壓及其伴隨現(xiàn)象（冒頂、瓦斯沖擊等）造成的人員傷亡事故，或由于井巷或采場被破壞造成工作中斷8h以上的沖擊地壓。 第四十七張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）根據(jù)引起的地震震級劃分 按里氏震級劃分為6個等級。 沖擊地壓按顯現(xiàn)強度分級 等級123456里氏震級0.51.01.11.51.62.02.12.52.63.03.0第四十八張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 4.2 沖擊危險性評價 煤巖體具有沖擊傾向性，并不表明一定會發(fā)生沖擊地壓，即使發(fā)生沖擊地壓，每個礦井發(fā)生沖擊地壓的危險程度也不一樣 。 目前，我國還

33、沒有一個比較科學的沖擊危險性評價方法。 近年來，在借鑒煤礦安全規(guī)程等文件中，通過理論與實踐研究，主要采用經(jīng)驗類比分析法、鉆屑法、計算機模擬法和含水率測定法。 根據(jù)沖擊地壓顯現(xiàn)強度，將 沖擊地壓強度分為6個等級。第四十九張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 不同沖擊危險等級，應采取的對策：（1）微弱或無沖擊危險：所有的采礦工作可按作業(yè)規(guī)程規(guī)定進行。（2）弱沖擊危險：所有的采礦工作可按作業(yè)規(guī)程規(guī)定進行，但采礦作業(yè)中要加強沖擊地壓危險狀態(tài)的觀察。（3）中等沖擊危險：下一步的采礦工作應與該危險狀態(tài)下的沖擊地壓防治措施一起進行，而且至少通過預測預報以確定沖擊地壓危險程度不再上升。（4）強沖擊危險：

34、此時應當停止采礦作業(yè)，不必要的人員撤離危險地點；應采取特殊條件下的綜合措施及方法；采取措施后，通過效果檢驗無沖擊危險后，方可恢復生產(chǎn)。 第五十張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 4.3.沖擊地壓的預測 預測預報是沖擊地壓防治工作的重要組成部分，對及時采取區(qū)域性防范措施和局部性解危措施，避免沖擊危害十分重要。 沖擊地壓的預測主要包括時間、地點和規(guī)模的大小。其方法：采礦方法，如綜合指數(shù)法、數(shù)值模擬分析法和鉆屑法等；采礦地球物理方法，如微震法、聲發(fā)射法、電磁輻射法、振動法和重力法等。第五十一張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 5.沖擊地壓防治技術 沖擊地壓研究的最終目的就是有效地防止

35、沖擊地壓的發(fā)生。 從沖擊地壓的形成機理看，控制沖擊地壓災害的發(fā)生，就是改變煤巖體的應力狀態(tài)或控制高應力產(chǎn)生，以保證煤巖不足以產(chǎn)生失穩(wěn)破壞或非穩(wěn)定破壞。 沖擊地壓防治包括兩個方面，即已具有沖擊危險煤巖層的沖擊地壓防治和目前尚未沖擊危險但開采過程中可能發(fā)生沖擊地壓的防治問題。第五十二張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 5.1 防治沖擊地壓的原則 （1）避免高應力的形成。調(diào)整開采順序、采區(qū)和工作面布置，實現(xiàn)無煤柱開采，避免形成應力高度集中。 （2）保證與最大地應力方向平行采煤與掘進。當采掘工作面的方向與最大地應力方向垂直或較大傾角時，危險性則增大。 （3）擴大應力釋放范圍，以降低應力集中程度

36、與應力釋放速度。改進開采方法，使開采過程中的應力釋放區(qū)域增大，從而避免局部應力的高度集中與沖擊危險區(qū)域的形成。第五十三張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 （4）控制煤層存貯能量的條件。對煤層實施卸壓鉆孔、切槽、卸載爆破，使煤體應力峰值向煤巖體深部轉(zhuǎn)移。 （5）控制頂板能量的突然釋放與加載。如堅硬難冒頂板，實施爆破技術，可改變工作面周圍煤巖層的應力分布。 （6）改善底板中的支承能力并加大煤層和頂板的變形。對底板切槽卸壓，使底板及時破壞，避免煤巖層中能量的高度積聚與突然釋放。 （7）優(yōu)先開采無沖擊傾向性和無沖擊危險煤層。 （8）最大限度地降低構(gòu)造對沖擊地壓的影響。加固軟弱層使煤巖體形成穩(wěn)定

37、結(jié)構(gòu)第五十四張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 5.2.沖擊地壓解危技術 5.2.1 煤層卸載爆破技術 是在煤層中實施鉆孔爆破，以消除或減緩沖擊危險。 煤層卸載爆破可分為煤層松動爆破，卸載爆破和誘發(fā)爆破3種形式。 松動爆破是在煤層中尚未形成高應力集中或不具有沖擊危險但預測采煤過程中有危險區(qū)； 卸載爆破是對已形成沖擊危險區(qū)，使煤體中應力下降，煤體中支承壓力峰值向煤體深部轉(zhuǎn)移，從而降低沖擊危險； 煤層誘發(fā)爆破是對具有較高沖擊危險的煤體實施爆破。第五十五張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 爆破的動力作用 一是使爆破孔附近一定范圍的煤體產(chǎn)生裂隙，其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變； 二是對遠離爆破孔的煤巖

38、體產(chǎn)生擾動或者引起誘發(fā)沖擊。 爆破的靜態(tài)作用 爆破的動態(tài)過程是極其短暫的，動態(tài)過程結(jié)束后，爆破孔周圍煤巖體將形成三個區(qū)域：破壞區(qū)、裂隙區(qū)、非破壞擾動區(qū)。它們依次遠離爆腔。 煤層卸載爆破后，煤巖體的承載能力降低，應力重新分布，形成卸載區(qū)域，減弱或消除煤體的沖擊危險性。第五十六張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）開采前大直徑深孔鉆卸壓的（2）開采前群孔深孔卸壓的鉆具目標：開采前讓頂板和底板在深部預裂，同時為深部煤體的沖擊創(chuàng)造釋放空間第五十七張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 5.2.2 煤層注水技術 煤層注水包括頂板注水、壓注各種化學溶液。 水能夠使煤巖體的性質(zhì)產(chǎn)生重大變化。

39、實驗證明：注水后煤的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導致強度下降，沖擊傾向性減弱甚至完全失去沖擊能力。 煤體積蓄彈性能的能力下降，而以塑性變形方式消耗彈性能的能力增強，因此，煤層中儲存的可恢復彈性能減少了。 典型注水實驗室測定結(jié)果如表4-1。第五十八張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 含水狀態(tài)特征參量非注水樣注水樣自然浸水時間（周）248彈性能量指數(shù)WET9735673217全應力應變曲線二類曲線有無無沖擊能量指數(shù)KE3511動態(tài)破壞時間DT/ms30470沖擊傾向性強弱弱弱無煤的沖擊傾向性測試結(jié)果 第五十九張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 注水方法的使用條件： 煤層具有一定的孔隙率和親水性；

40、 煤層賦存較穩(wěn)定，能夠保證鉆孔施工和成孔后的孔壁穩(wěn)定； 煤層和頂?shù)装遢^完整，無斷層等較大的泄水通道； 頂?shù)装宀皇怯鏊蛎涇浕膸r石。 另外，實行預注水需有鉆孔作業(yè)場地，而煤層卸載注水鉆孔和注水施工都有一定難度，不易成功，常以生產(chǎn)工序有矛盾。第六十張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 5.2.3 深孔斷頂爆破技術 頂板堅固難冒，煤層也很堅硬，形成頂板煤體底板三者組合的、剛度很高的承載體系，具有聚集大量彈性能的條件。當巖體載荷超過其強度就發(fā)生沖擊地壓。 通過頂板巷道對頂板進行深孔爆破，人為地切斷頂板，進而促使采空區(qū)頂板冒落、消弱采空區(qū)與待采區(qū)之間的頂板連續(xù)性，減小頂板來壓時的強度和沖擊性。第

41、六十一張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 5.2.4 定向水力致裂技術 定向水力致裂技術就是人為地在巖層中,預先制造一個裂縫,在較短的時間內(nèi),采用高壓水,將巖體沿預先制造的裂縫破裂。在高壓水的作用下,巖體的破裂半徑范圍可達15-25m,有的更大。 采用定向水力致裂法可簡單、有效、低成本地改變巖體的物理力學性質(zhì),將堅硬厚層頂板分成幾個分層或破壞其完整性,在煤體中制造裂縫,有利于互斯抽放,并減少開采時產(chǎn)生煤塵。定向水力致裂法有兩種：即周向預裂縫及軸向預裂縫。 為了達到較好的效果,周向預裂縫的直徑至少應為鉆孔直徑的兩倍以上,且周向預裂縫鉆頭要尖。高壓泵的壓力應在30MPa以上,流量應在60L

42、/min以上。 而軸向裂縫法則是沿鉆孔軸向制造預裂縫,從而沿裂縫將巖體破斷。 第六十二張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 5.2.5 鉆孔卸壓技術 在煤巖體未形成高應力集中或不具有煤與互斯沖擊以前,實施卸壓鉆孔,使煤巖體不再具有形成高應力集中的條件,從而避免煤與互斯沖擊的發(fā)生。 假如己經(jīng)形成高應力集中或煤與互斯危險區(qū)域,實施卸壓鉆孔,使煤體的應力集中程度降低,煤與互斯沖擊的危險性下降.。 鉆孔卸壓技術在使用過程中,由于鉆孔相對較大(孔徑95mm以上),在煤巖體應力較高的條件下,容易發(fā)生煤與互斯沖擊,因此,一定要迭擇好實施鉆孔卸壓的時機和位置。 對煤與互斯危險性較高的區(qū)域,可以使用遠程遙

43、控鉆機實施鉆孔卸壓第六十三張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 5.3 沖擊地壓防范技術 5.3.1 合理布置與分區(qū)開采技術 沖擊地壓煤層開采的基本原則 開采煤層群時，開拓布置應有利于保護層開采。 首先開采無沖擊危險或沖擊危險性小的煤層作為保護層，且優(yōu)先開采上保護層。 如撫順、遼源等礦，厚煤層上行水砂充填法開采，作為保護層的第一分層開采都盡量布置在沖擊危險性小的煤層。 合理的開采順序，最大限度地避免形成煤柱等應力集中區(qū) 煤柱承受的壓力很高，特別是島形或半島形煤柱，要承受幾個方面的疊加應力，最易產(chǎn)生沖擊地壓。第六十四張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 上層遺留的煤柱還會向下傳遞集中

44、應力，達到相當大的深度，導致下部煤層開采發(fā)生沖擊地壓。 山東陶莊在回收煤柱時發(fā)生沖擊地壓占全礦的29.8%，唐山礦、城子礦約占一半。 龍鳳礦兩側(cè)為采空區(qū)的工作面在采煤中，發(fā)生沖擊地壓次數(shù)多。 采區(qū)應朝一個方向推進，避免相向開采。 相向采煤時上山煤柱逐漸減小，支承壓力逐漸增大， 陶莊礦在上山附近發(fā)生了17次沖擊地壓，而且相向采煤又要被迫在高應力沖擊掘進槍眼（水采），造成沖擊地壓頻繁發(fā)生（占總次數(shù)的60%）。 采取了單翼采區(qū)跨上山采煤的方法，并把單區(qū)段開采程序該為多區(qū)段聯(lián)合開采程序，使采掘在不同區(qū)段中交替進行，實現(xiàn)了沿采空掘槍眼，避免了在高應力區(qū)掘進和維護槍眼。第六十五張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于

45、2022年6月 地質(zhì)構(gòu)造特征部位的開采程序 采取能避免或減緩應力集中和疊加的開采程序： 在向斜和背斜構(gòu)造區(qū)，應從軸部開始采煤； 在構(gòu)造盤地應力從盤底開始采煤； 在有斷層和采空區(qū)的條件下采用從斷層或采空區(qū)開始采煤的開采程序。 主要巷道布置在底板巖層 在有沖擊危險的開拓巷道、準備巷道、永久硐室，主要上、下山、主要溜煤巷和回風巷應布置在底板巖層或無沖擊危險煤層中，以利于維護和減小沖擊危險。 采煤巷道應盡可能避開支承壓力峰值范圍，采用寬巷掘進，少用或不用雙巷或多巷同時平行掘進。第六十六張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 長壁、垮落法管理頂板開采沖擊危險煤層 房柱式等柱式采煤法由于掘進的巷道多，

46、在采空區(qū)遺留的煤柱多，頂板不能及時充分地垮落，造成支承壓力較高，增加了沖擊的危險性。 采用長壁式開采方法，由于采空區(qū)中不留煤柱，則有利于減緩沖擊地壓的危害。 工作面支架采用具有整體性和防護能力的可縮性支架。 沖擊地壓煤層開采的技術原則 在沖擊地壓煤層開采過程中，除嚴格遵守基本原則外，還應遵守以下技術原則： 在沖擊危險區(qū)的煤層中掘進和采煤時，必須始終在煤層的保護帶范圍內(nèi)進行，確保保護層的寬度不小于3.5倍采高。煤層應力過度集中時，必須進行解危處理，否則不得進行采煤和掘進工作。第六十七張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 應避免在支承壓力峰值區(qū)掘進巷道。 在煤層中雙巷掘進時，兩條平行巷道之間

47、的煤柱不得小于10m，聯(lián)絡巷須與巷道成直角；兩條巷道掘進工作面的前后位置錯距不小于50m。相向掘進的巷道相距30m時，必須停止一個頭掘進。停掘的巷道要加固，繼續(xù)掘進的巷道除加強支護外，沖擊地壓危險嚴重時，還必須采取卸壓措施。 煤層巷道應采用寬巷掘進。巷道支護應采用可縮性拱形或環(huán)形金屬支架，嚴禁采用混凝土支架和剛性金屬支架，在破碎頂板條件下，支架間頂幫必須插嚴背實。 新采區(qū)投產(chǎn)要保持合理的開采順序，避免形成“孤島區(qū)”或“孤島工作面”。同一煤層相鄰階段的工作面向同一方向推進時，錯距不得小于150m。第六十八張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 采煤時，在采空區(qū)中不得留有煤柱。必須留設煤柱時，

48、煤柱的尺寸和位置以及影響范圍必須標明在采掘工程圖上 。 采煤工作面一般應保持直線式。臺階式工作面的臺階錯距不應大于3m。 分層開采厚煤層時，分層平巷應內(nèi)錯布置，上、下分層平巷軸線距離至少不小于3倍巷道寬度。上、下分層切眼間距至少應內(nèi)錯5m。每個分層工作面應先于上分層工作面停采線至少5m停采。 厚煤層采用一次采全厚大采高開采和綜放開采時，盡可能將巷道沿底布置。沖擊危險區(qū)域因支承壓力影響范圍的擴大而應擴大到采煤工作面前方80120m。第六十九張，PPT共七十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 厚煤層采用分層綜放開采時，第一分層巷道應注意加強支護，尤其底板煤層較軟時，應對底板適當加固。 采用垮落法管理頂板時，應選用強力液壓支架。采用單支護時，必須加強切頂線支護強度，并回收采空區(qū)所有支柱。 在一般情況下，掘進與采煤工作面的躲炮直線距離不小于150m，躲炮時間大于30min；在作業(yè)規(guī)程中應明確規(guī)定躲炮