煤礦動(dòng)壓現(xiàn)象及其控制

第十一章煤礦動(dòng)壓現(xiàn)象及其控制沖擊礦壓現(xiàn)象形成特點(diǎn)及分類(lèi)沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理沖擊礦壓的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及危險(xiǎn)性評(píng)定沖擊礦壓的防治頂板大面積來(lái)壓本節(jié)主要內(nèi)容一、沖擊礦壓的防范措施：

主要解決開(kāi)采技術(shù)不合理問(wèn)題

1）開(kāi)拓布置應(yīng)有利于開(kāi)采解放層；

2）最大限度避免形成煤柱高應(yīng)力區(qū)；

3）避免工作面相向開(kāi)采；

4）工作面由斷層、褶曲軸始采；

5）巷道布置在底板巖層或無(wú)沖擊危險(xiǎn)煤層；

6）采用長(zhǎng)壁無(wú)煤柱全部垮落法；

7）選擇整體性強(qiáng)的可縮性支架?！?1.4沖擊礦壓的防治開(kāi)采解放層§11.4沖擊礦壓的防治§11.4沖擊礦壓的防治二、解危措施：主要解決卸壓降能問(wèn)題

1）卸壓爆破：震動(dòng)卸壓爆破——撤人、引發(fā)、移壓。震動(dòng)落煤爆破——撤人、引發(fā)、落煤移壓。震動(dòng)卸壓落煤爆破——長(zhǎng)鉆孔爆破、合一。頂板爆破——長(zhǎng)短鉆孔爆破，降能、引發(fā)。

2）煤層注水：

短鉆孔注水——機(jī)道，間距6~10米，孔深

10米，影響生產(chǎn)。長(zhǎng)鉆孔注水——巷道，超前60米，間距10~20

米，孔深為面長(zhǎng)，薄煤層難用。聯(lián)合注水——長(zhǎng)短結(jié)合?！?1.4沖擊礦壓的防治

3）鉆孔卸壓：

釋放彈性能，消除應(yīng)力升高區(qū)。

4）定向裂縫：

釋放彈性能，降低沖擊危險(xiǎn)。

a.定向水力裂縫：在短時(shí)間內(nèi)，人為用高壓水將煤、巖體破壞。

b.定向爆破裂縫：由炸藥替代高壓水，造成煤、巖體產(chǎn)生裂縫。

§11.4沖擊礦壓的防治煤層注水定向裂隙卸壓爆破§11.4沖擊礦壓的防治鉆孔卸壓堅(jiān)硬頂板：

堅(jiān)硬頂板是初次跨落步距大于25m，強(qiáng)度指數(shù)大于120MPa的頂板。堅(jiān)硬頂板特點(diǎn)：1.堅(jiān)硬頂板一般由硬砂巖、礫巖、石灰?guī)r等組成；2.直接頂很薄或者基本上無(wú)直接頂，老頂厚度一般為8～40米，甚至更大；3.整體性強(qiáng)，節(jié)理裂隙不發(fā)育，弱面較少，自穩(wěn)能力強(qiáng)。4.堅(jiān)硬巖石的破壞往往表現(xiàn)為脆性破壞，在破壞之前，塑性變形很不明顯，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限后，立即破壞，強(qiáng)度降為零。§11.5頂板大面積來(lái)壓

頂板大面積來(lái)壓主要是由于堅(jiān)硬頂板被采空的面積超過(guò)一定的極限值，引起大面積冒落而造成的劇烈動(dòng)壓現(xiàn)象。一、頂板大面積來(lái)壓：特點(diǎn)：1.頂板是整體厚層硬巖層；2.冒落面積大；3.形成暴風(fēng)；4.破壞力強(qiáng)。§11.5頂板大面積來(lái)壓二、頂板大面積來(lái)壓的成因和機(jī)理

大面積冒頂是當(dāng)煤層頂板由砂巖或礫巖等整體厚度構(gòu)成時(shí)才會(huì)發(fā)生。1.砂巖、礫巖等強(qiáng)度很大，其單向抗壓強(qiáng)度可達(dá)80～160MPa，甚至達(dá)200MPa；1.難冒落原因：2.這些巖層一般為厚層整體結(jié)構(gòu)，巖體中的層理、節(jié)理和裂隙都不發(fā)育；§11.5頂板大面積來(lái)壓二、頂板大面積來(lái)壓的成因和機(jī)理

由于直接覆于煤層之上的頂板巖層堅(jiān)硬，在回采工作面初采時(shí)，頂板初次跨落步距可達(dá)50～70m，甚至達(dá)100m以上。為了避免初次來(lái)壓形成的危害，常常用刀柱法進(jìn)行開(kāi)采，即當(dāng)回采工作面推進(jìn)一定距離，在采空區(qū)留一段煤柱支撐頂板。這樣看起來(lái)對(duì)一個(gè)采場(chǎng)似乎是安全的，但隨著采空面積的增加，上覆巖層的壓力將主要由留下的煤柱承擔(dān)。結(jié)果常由于煤柱本身的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，喪失了頂板的支承能力。由實(shí)踐中得知，當(dāng)煤柱支撐面積與采空面積之比低于30%時(shí)，這種現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，易于形成大面積來(lái)壓現(xiàn)象?！?1.5頂板大面積來(lái)壓2.大面積冒頂?shù)脑颍喉敯鍘r層強(qiáng)度在一定的支撐條件下超過(guò)了其極限值。兩種看法：

一種看法認(rèn)為：由于進(jìn)行開(kāi)采，頂板大面積懸露而不冒落，在自重應(yīng)力作用下，當(dāng)彎曲應(yīng)力值超過(guò)其強(qiáng)度極限時(shí)，將出現(xiàn)斷裂或使原生的細(xì)微裂隙擴(kuò)展，一旦這些裂隙貫穿堅(jiān)硬巖層時(shí)，則發(fā)生斷裂?！?1.5頂板大面積來(lái)壓另一種看法認(rèn)為：由于頂板大面積懸空，在煤柱上的頂板巖層產(chǎn)生強(qiáng)大的切應(yīng)力，導(dǎo)致頂板被切斷。

也就是前一種看法認(rèn)為巖層是被拉斷的，而后一種看法則認(rèn)為巖層是被剪斷的。三、大面積冒頂?shù)念A(yù)兆1.頂板斷裂聲響的源率和音響增大；2.煤幫有明顯受壓和片幫現(xiàn)象；3.底板出現(xiàn)底鼓或沿煤柱附近的底板發(fā)生裂縫；4.巷道（上下順槽）超前壓力較明顯；5.工作面中支柱載荷和頂板下沉速度明顯增大；6.有時(shí)采空區(qū)頂板發(fā)生裂縫或淋水加大，向頂板中打的鉆孔原先流清水，后變?yōu)榱靼缀隣畹囊后w?！?1.5頂板大面積來(lái)壓四、大面積冒頂?shù)念A(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

大面積冒頂可以用微震儀、地音儀和超聲波地層儀等進(jìn)行預(yù)測(cè)。因?yàn)楹駥訄?jiān)硬巖層的破壞過(guò)程，長(zhǎng)的在冒頂前幾十天就出現(xiàn)聲響和其它異常現(xiàn)象，短的在冒頂前幾天，甚至幾小時(shí)也出現(xiàn)預(yù)兆。因此根據(jù)儀器測(cè)量的結(jié)果，再結(jié)合歷次冒頂預(yù)兆的特征，可以對(duì)大面積冒頂進(jìn)行較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，避免災(zāi)害?！?1.5頂板大面積來(lái)壓五、頂板大面積來(lái)壓的防治措施

頂板大面積來(lái)壓主要的危險(xiǎn)是由頂板冒落而形成的沖擊載荷和暴風(fēng)。防止和減弱其危害的基本原理是：

1.改變巖體的物理力學(xué)性能，以減小頂板懸露和冒落面積；2.減小頂板下落高度，以降低空氣排放速度。§11.5頂板大面積來(lái)壓

頂板注水可以起軟化頂板、增多和擴(kuò)展裂隙、以及潤(rùn)滑弱面等作用。（一）注水孔布置方式和注水工藝注水孔的布置方式。

根據(jù)采煤工作面長(zhǎng)度及鉆機(jī)性能，注水孔有單向和雙向兩種布置方式。工作面長(zhǎng)度小于100m時(shí)，通常用單向式，工作面長(zhǎng)度大于100m時(shí)，采用雙向式。根據(jù)老頂及直接頂狀況不同，可采用單層或雙層布置。1.頂板高壓注水§11.5頂板大面積來(lái)壓

注水可分為一次性注水和分階段注水兩種方法。一次性注水，其初期，以高壓水對(duì)巖體的水壓力作用為主，后期則以浸潤(rùn)軟化為主。分階段注水是先向注水孔進(jìn)行低壓力、小流量的初注，一般只起浸潤(rùn)作用，當(dāng)工作面推進(jìn)至支承壓力區(qū)后，再以大流量、大壓力進(jìn)行二次注水，直到巖體中形成水力壓裂裂隙，注水壓力急劇下降為止?！?1.5頂板大面積來(lái)壓(二)預(yù)注高壓水軟化頂板的效果及存在問(wèn)題1）注水軟化后的頂板巖體整體性被減弱，采空區(qū)頂板由整體性跨落變?yōu)榉謱臃执慰缏?，冒落塊度減小，冒落高度增加；1.預(yù)注高壓水軟化頂板的效果2）老頂初次來(lái)壓和周期來(lái)壓步距明顯減少，極限采空面積大幅度減小；3）采煤工作面支架載荷也明顯降低，減弱甚至消除了頂板對(duì)對(duì)支架的沖擊荷載作用，避免了支架的損壞?！?1.5頂板大面積來(lái)壓2.預(yù)注高壓水軟化頂板存的問(wèn)題1).注水參數(shù)不合適，可能造成工作面漏頂2).頂板有時(shí)出現(xiàn)淋水；(三)、預(yù)注高壓水軟化頂板的適用條件

預(yù)注高壓水軟化頂板適用于一般堅(jiān)硬難冒的厚砂巖、厚礫巖及石灰?guī)r頂板。但當(dāng)?shù)[巖或砂巖的膠結(jié)物為碳酸巖類(lèi)礦物時(shí)，效果較差。在地質(zhì)破壞帶使用這種方法不會(huì)取得顯著效果。§11.5頂板大面積來(lái)壓2、強(qiáng)制放頂用爆破的方法人為地將頂板切斷，并使頂板冒落形成矸石墊層。切斷頂板可以控制冒落面積，減弱頂板壓力和冒落時(shí)產(chǎn)生的沖擊載荷；形成墊層可以緩和冒落時(shí)產(chǎn)生的暴風(fēng)。為了形成墊層，放頂?shù)母叨瓤砂葱纬蓧|層的厚度進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采空區(qū)中矸石充滿(mǎn)程度達(dá)到采空和放頂高度之和的2/3，就可以避免過(guò)大的沖擊載荷和防止形成暴風(fēng)。據(jù)此，放頂高度可按下式計(jì)算：§11.5頂板大面積來(lái)壓常用的強(qiáng)制放頂方法有以下幾種：(1)“循環(huán)式”淺孔放頂(2)“步距式”深孔放頂1.對(duì)周期來(lái)壓不很?chē)?yán)重的頂板，每1～2個(gè)循環(huán)在工作面放頂線(xiàn)上打1.8～3.0m深的一排鉆孔;2.眼距4～5m，孔徑35mm，傾角65°～70°，裝藥量6×150g。作用：

爆破后破壞頂板的完整性，形成矸石墊層。適用條件：

周期來(lái)壓規(guī)律性強(qiáng)，能準(zhǔn)確掌握頂板來(lái)壓步距?！?1.5頂板大面積來(lái)壓操作方法：沿工作面向頂板打1～2排深孔，進(jìn)行放頂。作用：切斷頂板，避免頂板大面積一次冒落。

孔徑60～64mm，孔距6～8m，傾角60°～65°，孔深6～7m，裝藥量8～10kg，封泥長(zhǎng)度1m左右。連續(xù)進(jìn)行兩爆破，使頂板形成一道高度為5～6m或14～16m，寬度為2m左右的溝槽，以便頂板由此處切斷而冒落?！?1.5頂板大面積來(lái)壓(3)超前深孔松動(dòng)爆破適用條件：綜采工作面；鉆孔布置