第6章_沖擊地壓--礦井災(zāi)害防治技術(shù).ppt

1、1,第6講 沖擊地壓災(zāi)害,第一節(jié) 概 述 第二節(jié) 沖擊地壓的機(jī)理 第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因 第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,2,第一節(jié) 概 述 我國煤礦頂板傷亡事故的比例較大，其中絕大多數(shù)發(fā)生在采煤工作面。 沖擊地壓是在礦井開采過程中，發(fā)生在井巷或采煤工作面周圍煤、巖體內(nèi)，以突然、急劇、猛烈破壞為特征的礦山壓力的動(dòng)力現(xiàn)象。 沖擊地壓是世界范圍內(nèi)煤礦礦井中最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。沖擊地壓發(fā)生時(shí)，井下幾米到幾百米的巷道或采煤工作面被瞬間摧毀，如同在煤礦巖體內(nèi)裝有大量炸藥一樣，煤和巖石被突然拋出，造成支架折損、巷道堵塞，并伴有巨大聲響和巖體震動(dòng)，形成大量的煤塵和沖擊波，其強(qiáng)烈程度是人工支護(hù)難以抵

2、擋的。 被拋出的煤和巖石從幾噸到幾百噸，記錄到的震級最大已超過里氏5級，沖擊地壓震動(dòng)持續(xù)時(shí)間從幾秒到幾十秒。 由于震源淺，沖擊地壓烈度遠(yuǎn)大于同級天然地震烈度。,3,2011年11月3日19時(shí)45分許，河南義煤集團(tuán)公司千秋煤礦21221下巷掘進(jìn)工作面發(fā)生一起沖擊地壓事故，地面震感強(qiáng)烈。事發(fā)區(qū)域共有75人作業(yè)，10人遇難。此次事故是由于工作面運(yùn)輸巷發(fā)生沖擊地壓引發(fā)的，發(fā)生事故的巷道距離井口大概有800米的垂直距離。,事故發(fā)生位置,21221下巷,一、典型沖擊礦壓事故案例,第一節(jié) 概 述,4,河南義馬千秋煤礦沖擊地壓事故,一、典型沖擊礦壓事故案例,第一節(jié) 概 述,5,華豐煤礦沖擊礦壓事故,1996年

3、4月27日，1407（1）工作面過上階段采區(qū)煤柱期間在上平巷發(fā)生2.9級沖擊地壓，造成10人重傷、1人輕傷，損壞巷道100余米，工作面停產(chǎn)3天。,一、典型沖擊礦壓事故案例,第一節(jié) 概 述,6,2001年3月10日3406工作面于發(fā)生1.7級沖擊地壓，造成1人重傷12棵柱子歪斜局部冒頂。,2001年7月5日，3406（1）工作面正常推采期間在下出口發(fā)生1.7級沖擊地壓，造成12人重傷，損壞巷道60余米，工作面停產(chǎn)1天。,2001年11月3日3407（1）工作面推采83m時(shí)在工作面下出口發(fā)生了1.9級沖擊地壓，造成13人重傷、1人死亡，損壞巷道100余米，工作面被迫停產(chǎn)封面。,第一節(jié) 概 述,7,

4、2006年9月9日1410上平巷掘進(jìn)頭發(fā)生一起2.0級沖擊地壓，造成2人死亡，2人重傷，摧毀巷道71米。,一、典型沖擊礦壓事故案例,第一節(jié) 概 述,8,2006年9月9日1410上平巷掘進(jìn)頭沖擊地壓事故現(xiàn)場,一、典型沖擊礦壓事故案例,第一節(jié) 概 述,9,東灘礦“2005.1.3”沖擊地壓事故,工作面概況： 43上05工作面為四面采空的“孤島”工作面，傾斜寬187.3m，走向長度490.4m。切眼北鄰143上02工作面采空區(qū)60m，西鄰43上06工作面采空區(qū)，東臨43上04工作面采空區(qū)，南部距切眼180m處為43上05-1工作面采空區(qū)，500.4m處為 43上05-2工作面采空區(qū)。,一、典型沖擊

5、礦壓事故案例,第一節(jié) 概 述,10,43上05工作面平面位置圖,沖擊位置,一、典型沖擊礦壓事故案例,第一節(jié) 概 述,11,東灘礦“2005.1.3”沖擊地壓事故基本情況,43上05切眼導(dǎo)硐施工至距停頭位置2m左右發(fā)生沖擊地壓，迎頭后2868m范圍內(nèi)巷道發(fā)生3處冒頂。切眼兩幫移近0.93.8m，工作面一側(cè)煤幫拋出0.42.3m；頂?shù)装逡平?.353.0m，三處斷面幾乎全部堵塞，堵塞長度18.1m。事故損壞風(fēng)筒193m，折斷單體液壓支柱55棵，倒柱115棵，拉斷錨桿366根、錨索39根。事故造成1人死亡，4人受傷。,一、典型沖擊礦壓事故案例,第一節(jié) 概 述,12,掘進(jìn)迎頭,冒頂處,43上05工作面

6、切眼導(dǎo)硐剖面圖,A,B,C,一、典型沖擊礦壓事故案例,第一節(jié) 概 述,13,43上05切眼導(dǎo)硐沖擊地壓破壞情況,掘進(jìn)迎頭,C處冒頂區(qū),B處冒頂區(qū),一、典型沖擊礦壓事故案例,第一節(jié) 概 述,14,鮑店煤礦“2004.9.6”沖擊礦壓事故,事故地點(diǎn)概況：2310一號進(jìn)風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷，西部為2310、2311工作面采空區(qū)；北部為大馬廠斷層與2310停采線之間的煤柱；東側(cè)、南側(cè)為大馬廠斷層（落差10m），斷層外為2306切眼。2310運(yùn)順、軌順外分別建有3道密閉磚墻。,一、典型沖擊礦壓事故案例,第一節(jié) 概 述,15,鮑店煤礦沖擊礦壓事故地點(diǎn)平面圖,一、典型沖擊礦壓事故案例,第一節(jié) 概 述,16,2004年9

7、月6日下午，2310軌順密閉頂部有微量煙霧，決定采用閉前噴射混泥土及向采空區(qū)注漿的封堵措施，在準(zhǔn)備過程中發(fā)生事故。沖擊波將采空區(qū)附近2310軌順外2道密閉磚墻摧毀，碎磚向外拋出4050m，造成密閉附近2人死亡，6人受傷。,事故經(jīng)過,一、典型沖擊礦壓事故案例,第一節(jié) 概 述,17,18,19,二、沖擊礦壓的特征,第一節(jié) 概 述,沖擊地壓發(fā)生時(shí)： 圍巖迅速釋放能量，常伴有很大的聲響、巖體震動(dòng)和沖擊波， 煤巖瞬間被突然破壞，造成風(fēng)暴、冒頂片幫、支架折斷、巷道堵塞，有時(shí)還釋放出大量瓦斯， 沖擊地壓還會(huì)使設(shè)備移動(dòng)，地面震動(dòng)，房屋損壞以及造成人身傷亡。 我國常將有聲響而無煤或巖石大量拋出的沖擊現(xiàn)象稱為“煤

8、炮”；將有大量煤或巖石被突然拋出的沖擊現(xiàn)象稱為“煤爆”或“巖爆”。,20,二、沖擊礦壓的特征,第一節(jié) 概 述,（一）突然爆發(fā) 沖擊地壓發(fā)生前，預(yù)兆不明顯，難于準(zhǔn)確確定發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度。 （二）巨大聲響 沖擊地壓爆發(fā)的瞬間，伴有雷鳴般響聲。 （三）沖擊波強(qiáng) 煤體內(nèi)積聚的彈性能突然釋放，產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊波。沖掉工人頭上的安全帽，以及沖倒幾十米至幾百米內(nèi)的風(fēng)門、風(fēng)墻等設(shè)施。 （四）彈性振動(dòng) 沖擊地壓發(fā)生時(shí)在圍巖內(nèi)引起振動(dòng)，工作人員被彈起摔倒，甚至輸送機(jī)、軌道等重型設(shè)備都可能被振動(dòng)和推移，連地面人員有時(shí)都能感到這種振動(dòng)。該振動(dòng)所產(chǎn)生的彈性波可以被幾百千米外的地震儀檢測到，并留有清晰的震相記錄，但一般

9、震動(dòng)持續(xù)時(shí)間不超過幾十秒。,21,二、沖擊礦壓的特征,第一節(jié) 概 述,（五）煤體移動(dòng) 據(jù)現(xiàn)場觀測可知，淺部沖擊時(shí)，煤體發(fā)生移動(dòng)，煤體移動(dòng)時(shí)在頂板接觸面上留有明顯的棕褐色擦痕，擦痕的方向即為煤體移動(dòng)的方向。 （六）頂板下沉或底板鼓裂 沖擊地壓發(fā)生時(shí)，常導(dǎo)致頂板下沉或底鼓。 （七）煤幫拋射性塌落 沖擊地壓造成煤幫拋射性塌落，多發(fā)生在煤幫上部到頂板的一段，越靠近頂板塌落越深，強(qiáng)烈沖擊時(shí)，塌落深度可達(dá)1.52 m。,22,具有突發(fā)性，過程短暫，伴隨有強(qiáng)烈的震動(dòng)和聲響,沖擊礦壓發(fā)生前一般沒有明顯的宏觀前兆，相當(dāng)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(dòng)的期間內(nèi)發(fā)生的，很難確定誘發(fā)

10、因素。 沖擊地壓一般伴隨有強(qiáng)烈的震動(dòng)和聲響，最大震級可達(dá)M4.3級，地面幾千米范圍內(nèi)有震感。,二、沖擊礦壓的特征 我國沖擊地壓事故特征,第一節(jié) 概 述,23,類型多樣,我國沖擊地壓一般表現(xiàn)為煤體的破壞與沖擊，但臺(tái)吉、大臺(tái)、八一、柴里、潘西及南桐一井等5個(gè)礦已發(fā)生多次巖爆。 我國沖擊礦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(gè)別情況表現(xiàn)為數(shù)十平方米的煤體整體滑移。,二、沖擊礦壓的特征 我國沖擊地壓事故特征,第一節(jié) 概 述,24,造成的破壞和損失巨大,人員傷亡。沖擊地壓造成震動(dòng)使人

11、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。 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(jī)械設(shè)備被移位，風(fēng)門被暴風(fēng)摧垮，有的被迫停采，損失煤炭可多達(dá)60萬t。 地面房屋被震壞開裂。,二、沖擊礦壓的特征 我國沖擊地壓事故特征,第一節(jié) 概 述,25,災(zāi)害嚴(yán)重程度不同,我國煤礦沖擊礦壓的強(qiáng)度、頻度、災(zāi)害程度、伴生災(zāi)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(guān)閉）平均每月記錄到160次各類沖擊和震動(dòng)；華豐煤礦每月可監(jiān)測到1000余次各類震動(dòng)；老虎臺(tái)煤礦也是沖擊礦壓嚴(yán)重的礦井，每月震動(dòng)次數(shù)達(dá)

12、300余次；臺(tái)吉礦存在巖爆、礦震、巖石突出、煤與瓦斯突出、地溫?zé)岷Φ?，是我國深井開采多種災(zāi)害并存的典型。另外，在發(fā)生沖擊礦壓的高瓦斯礦井中，大多同時(shí)存在沖擊礦壓及煤與瓦斯突出等兩種以上災(zāi)害。,二、沖擊礦壓的特征 我國沖擊地壓事故特征,第一節(jié) 概 述,26,發(fā)生機(jī)理的復(fù)雜性 在自然地質(zhì)條件上，除褐煤以外的各煤種，采深從200m1000m，地質(zhì)構(gòu)造從簡單到復(fù)雜，煤層厚度從薄層到特厚層，傾角從水平到急斜，頂板包括砂巖、灰?guī)r、油母頁巖等，都發(fā)生過沖擊礦壓；在采煤方法和采煤工藝等技術(shù)條件方面，不論水采、炮采、普采或是綜采，采空區(qū)處理采用全部垮落法或是水力充填法，是長壁、短壁、房柱式開采或是柱式開采，都發(fā)

13、生過沖擊礦壓，只是無煤柱長壁開采法沖擊次數(shù)較少。,二、沖擊礦壓的特征 我國沖擊地壓事故特征,第一節(jié) 概 述,27,1949年以前我國發(fā)生沖擊地礦的礦井只有2個(gè)，20世紀(jì)50年代增加到7個(gè)，60年代為12個(gè)，70年代為22個(gè)，80年代為32個(gè)，90年代為50余個(gè)，目前達(dá)100多個(gè)。隨著開采深度的增加、開采范圍的擴(kuò)大和開采強(qiáng)度的加大，近年來雖然采取了不少措施，但全國沖擊礦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(shí)踐看，沖擊礦壓災(zāi)害將更加嚴(yán)重。,發(fā)展趨勢是逐漸增多，日趨嚴(yán)重,二、沖擊礦壓的特征 我國沖擊地壓事故特征,第一節(jié) 概 述,28,我國沖擊礦區(qū)分布,二、沖擊礦壓的特征 我國沖擊地

14、壓事故特征,第一節(jié) 概 述,我國沖擊地壓主要分布在華北、東北地區(qū)，主要集中分布在四個(gè)條帶，即北緯26、北緯34、北緯39和北緯42附近區(qū)域的黑、吉、遼、京、冀、豫、魯、皖、川、黔、湘、贛等十二省市，其中遼、京、魯、皖（安徽）、黔（貴州）等五省市發(fā)生,沖擊地壓的煤礦較多，大部分都 靠近渤海灣和東海一帶，這一地帶恰好靠近太平洋板塊與亞歐板塊分界線，屬于天然地震多發(fā)地帶，這說明沖擊地壓與天然地震有一定的相關(guān)性。,29,根據(jù)煤巖體應(yīng)力狀態(tài)不同分類,沖擊礦壓,重力型,構(gòu)造應(yīng)力型,重力構(gòu)造應(yīng)力型,特征：主要受重力作用,礦區(qū)：棗莊、撫順、開灤,特征：主要受構(gòu)造應(yīng)力作用,礦區(qū)：北漂、天池,特征：受重力和構(gòu)造應(yīng)

15、力共 同作用,三、沖擊地壓的分類,第一節(jié) 概 述,30,沖擊礦壓,彈射,礦震,弱沖擊,強(qiáng)沖擊,特征：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)烈的聲響，屬于微沖擊現(xiàn)象。,特征：深部的煤或巖體發(fā)生破壞，但煤、巖并不向已采空間拋出，只有片幫或塌落現(xiàn)象，但煤巖體產(chǎn)生明顯震動(dòng)，伴有巨大聲響，有時(shí)產(chǎn)生煤塵。,特征：巖體向已采空間拋出，但破壞性不很大，對支架、及其和設(shè)備基本上沒有損壞，圍巖產(chǎn)生震動(dòng)，一般震級在2.2級以下，伴有很大聲響，產(chǎn)生煤塵。,特征：部分煤巖體急劇破碎，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)，震級在2.3級以上，伴有巨大聲響，形成大量煤塵和產(chǎn)生沖擊波。,根據(jù)

16、沖擊的顯現(xiàn)強(qiáng)度分類,三、沖擊地壓的分類,第一節(jié) 概 述,31,沖擊礦壓,煤體沖擊,圍巖沖擊,表面,特征：發(fā)生在 頂?shù)装鍘r層內(nèi)。,特征：發(fā)生在 煤體內(nèi)。,淺部,深部,頂板沖擊,底板沖擊,根據(jù)發(fā)生的地點(diǎn)和位置分類,三、沖擊地壓的分類,第一節(jié) 概 述,32,沖擊礦壓,輕微沖擊（I級）,中等沖擊（II級）,強(qiáng)烈沖擊（III級）,特征：拋出煤量在10t以下，震級在1級以下。,特征：拋出煤量在1050t，震級在12級。,特征：拋出煤量在50t以上，震級在2級以上。,根據(jù)震級強(qiáng)度和考慮拋出的煤量,三、沖擊地壓的分類,第一節(jié) 概 述,33,四、沖擊地壓研究的內(nèi)容與方法,第一節(jié) 概 述,（一）沖擊地壓研究的內(nèi)容

17、 目前，對沖擊地壓的研究主要包括以下內(nèi)容： (1) 對沖擊地壓發(fā)生的條件和原因的研究； (2) 對沖擊地壓機(jī)理的研究； (3) 對沖擊地壓預(yù)測的研究； (4) 對沖擊地壓防治措施的研究。 （二）沖擊地壓研究的方法 對沖擊地壓的研究方法主要是實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場觀測研究。由于現(xiàn)場觀測研究對生產(chǎn)有實(shí)際的指導(dǎo)意義，因此，國內(nèi)外普遍采用。,34,第二節(jié) 沖擊地壓的機(jī)理,沖擊地壓發(fā)生的物理過程，主要是說明煤、巖體變形破壞的力學(xué)過程，稱為沖擊地壓的機(jī)理。 只有在搞清機(jī)理的基礎(chǔ)上，才能正確認(rèn)識其成因，建立判別發(fā)生的準(zhǔn)則，了解防治原理和制定出有效的防治措施。 目前對沖擊地壓機(jī)理的認(rèn)識主要概括為： 強(qiáng)度理論、 能量

18、理論、 沖擊傾向理論。,35,第二節(jié) 沖擊地壓的機(jī)理,一、強(qiáng)度理論 該理論認(rèn)為，煤巖體破壞的原因和規(guī)律，實(shí)際上是它的強(qiáng)度問題： 即材料受載后，超過其強(qiáng)度極限時(shí)，必然要發(fā)生破壞。但這僅是對材料破壞的一般規(guī)律的認(rèn)識，它不能深入解釋沖擊地壓的機(jī)理。 具有代表性的是“夾持煤體理論”。,36,第二節(jié) 沖擊地壓的機(jī)理,二、能量理論 20世紀(jì)50年代末期原蘇聯(lián)學(xué)者CT阿維爾申，以及60年代中期英國學(xué)者庫克等人提出了礦體與圍巖系統(tǒng)的力學(xué)平衡狀態(tài)破壞后所釋放的能量大于消耗能量時(shí)，就會(huì)發(fā)生沖擊地壓。它闡明了礦體與圍巖的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，煤、巖體急劇破壞形式的原因等問題。 1972年布萊克把它推廣為發(fā)生沖擊地壓的條件，

19、認(rèn)為礦山結(jié)構(gòu)（礦體）的剛度大于礦山負(fù)荷系（圍巖）的剛度是發(fā)生沖擊地壓的條件，這也稱為剛度理論。,37,第二節(jié) 沖擊地壓的機(jī)理,三、沖擊傾向理論 該理論認(rèn)為，煤巖介質(zhì)產(chǎn)生沖擊破壞的能力稱為沖擊傾向。由此，可利用一些試驗(yàn)或?qū)崪y指標(biāo)對發(fā)生沖擊地壓可能程度進(jìn)行估計(jì)或預(yù)測。 這種指標(biāo)的量度稱為沖擊傾向度。 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。 這種方法也可稱為沖擊傾向理論。,38,第二節(jié) 沖擊地壓的機(jī)理,四、失穩(wěn)理論 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

20、擊地壓。 由此，介質(zhì)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性是發(fā)生沖擊地壓的重要條件之一。 另外，在失穩(wěn)過程中系統(tǒng)所釋放的能量可使煤巖 從靜態(tài)變?yōu)閯?dòng)態(tài)過程，即發(fā)生急劇、猛烈的破壞，這是發(fā)生沖擊的重要條件之二。 沖擊地壓按失穩(wěn)類型可分為三類：煤體（壓縮）沖擊地壓，斷層（剪切）沖擊地壓，頂板（拉伸）沖擊地壓。,39,沖擊礦壓的影響因素分析,沖擊礦壓的影響因素,自然因素,技術(shù)因素,組織管理因素,較大的原巖應(yīng)力,地層中的厚巖層,煤巖沖擊傾向性,局部應(yīng)力集中,生產(chǎn)過度集中,采礦地質(zhì)因素限制,防治措施的限制,無投資及投資不到位,防治措施采取不當(dāng),采礦作業(yè)不當(dāng),缺乏培訓(xùn)違反規(guī)程,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,40,開采深度的影響

21、,隨著開采深度的增加，采礦工程面臨的問題更加復(fù)雜，由此產(chǎn)生的工程災(zāi)害事故更為嚴(yán)重。,開采深度增加,沖擊礦壓危險(xiǎn)加大,瓦斯涌出量增加,突出危險(xiǎn)性增加,地溫升高,經(jīng)濟(jì)效益下降,沖擊礦壓發(fā)生的范圍、強(qiáng)度和頻率日益嚴(yán)重,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,41,波蘭采深與沖擊礦壓的關(guān)系 W沖擊指數(shù) (即開采百萬噸煤炭沖擊礦壓次數(shù)),天池煤礦采深與沖擊礦壓的關(guān)系 N為沖擊礦壓次數(shù),采深與沖擊礦壓的關(guān)系,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,42,發(fā)生沖擊礦壓初始采深的理論預(yù)測,煤體中體積變形積聚的彈性能：,破碎單位體積煤塊的能量U2：,發(fā)生沖擊礦壓的條件：,發(fā)生沖擊礦壓的初始采深：,中國煤礦條件下發(fā)生沖擊礦壓

22、的最小采深,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,43,煤巖力學(xué)特征,在一定的圍巖與壓力條件下，任何煤層中的巷道或采場可能發(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，反過來說，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價(jià)煤層沖擊性的特征參數(shù)之一。,沖擊能量指數(shù) KE 彈性能量指數(shù) WET 動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間 Dt 單向抗壓強(qiáng)度 Rc,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,44,沖擊能量指數(shù)KE計(jì)算圖,沖擊能量指數(shù)KE為單軸壓縮狀態(tài)下，煤樣的全“應(yīng)力應(yīng)變”曲線峰值C前所積聚的變形能ES與峰值后所消耗的變形能EX之比值 。,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,

23、45,彈性能指數(shù)WET計(jì)算圖,彈性能指數(shù)WET的計(jì)算公式,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,46,動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間Dt曲線,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。,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,47,煤的沖擊傾向鑒定指標(biāo)值,對煤的試樣研究表明,煤試塊的沖擊性在其單向抗壓強(qiáng)度為Rc=1620MPa時(shí)變化較大，當(dāng)煤的單向抗壓強(qiáng)被小于Rc16MPa時(shí),煤試塊要發(fā)生沖擊,就需要較大的壓應(yīng)力。 弱沖擊傾向性 Rc16MPa 強(qiáng)沖擊傾向性 Rc16Mpa,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,48,頂板巖層結(jié)構(gòu)特征,頂板巖層結(jié)構(gòu)，特別是煤層上方堅(jiān)硬，厚層砂巖頂板是影

24、響沖擊礦壓發(fā)生的主要因素之一，其主要原因是堅(jiān)硬厚層砂巖頂板容易聚積大量的彈性能。 在堅(jiān)硬頂板破斷過程中或滑移過程中，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（沖擊壓力型）沖擊礦壓或頂板型（沖擊型）沖擊礦壓。,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,49,靜載+動(dòng)載沖擊礦壓,沖擊礦壓產(chǎn)生的機(jī)理分析,靜載+動(dòng)載,誘發(fā)沖擊,j 靜載荷 d 動(dòng)載荷 bmin 沖擊最小荷載,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,50,由于巷道周圍煤體中的壓力由亞穩(wěn)態(tài)增加至極限值，其聚集的能量突然釋放。,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,51,蘇聯(lián)阿維爾申教授認(rèn)為，煤層內(nèi)的彈性能可由體變彈性能Uv、形變彈性能Ut和頂板彎

25、曲彈性能Uw三部分組成，即,由以上兩式可以看出，Uw與巖層懸伸長度的五次方成正比，即L值越大，積聚的能量也越多。 一般，厚度越大的堅(jiān)硬巖層越不易冒落，形成的L值也就越大。,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,52,煤層厚度：對發(fā)生沖擊礦壓也有影響，煤層越厚，發(fā)生沖擊礦 壓越多，越強(qiáng)烈。 煤的濕度：因?yàn)槊簩雍螅墒姑簩拥膹椥詼p小，強(qiáng)度降低， 塑性增加，能減緩發(fā)生沖擊礦壓的危險(xiǎn)。,頂板彎曲彈性能的計(jì)算圖 a初次垮落時(shí)；b周期垮落時(shí),第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,53,地質(zhì)動(dòng)力因素,實(shí)踐證明，沖擊礦壓經(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。,沖擊礦

26、壓次數(shù)與巷道距斷層距離間的關(guān)系,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,54,褶皺是巖層在水平應(yīng)力擠壓下形成的，這種褶皺大部分在沉積巖層中形成。 對于巷道及采面來說，在皺曲的各個(gè)部位，出現(xiàn)的危險(xiǎn)性是不一樣的。,褶曲部分的受力狀態(tài)及危險(xiǎn)性,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,55,發(fā)生沖擊礦壓的區(qū)域分布示意圖,開采技術(shù)因素,沖擊礦壓大多數(shù)發(fā)生在巷道(72.6%)，采場則較少(27.4%)。殘采區(qū)和停采線對沖擊礦壓發(fā)生影響較大。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，89%的沖擊礦壓發(fā)生在殘采區(qū)，停采線，斷層區(qū)域或煤層超采的地方。,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,56,發(fā)生沖擊礦壓的位置統(tǒng)計(jì)表,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,

27、57,開采設(shè)計(jì)和開采順序,當(dāng)在幾個(gè)煤層中同時(shí)布置幾個(gè)工作面時(shí)，工作面的布置方式和開采順序?qū)?qiáng)烈影響煤巖體內(nèi)的應(yīng)力分布。 沖擊礦壓經(jīng)常出現(xiàn)在： 工作面向采空區(qū)推進(jìn)時(shí)； 在距采空區(qū)15-40m的應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)掘進(jìn)巷道； 兩個(gè)采面相向推進(jìn)時(shí)及兩個(gè)近距離煤層中的兩個(gè)采面同時(shí)開采時(shí)。,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,58,上覆煤層工作面停采線和煤柱的影響,巷道過上層停采線時(shí)E/W分布圖 E/W為觀測范圍內(nèi)單位生產(chǎn)煤量所產(chǎn)生的 震動(dòng)能量(J/t),第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,59,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,60,采空區(qū)的影響 當(dāng)工作面接近已有的采空區(qū)，其距離為20-30m時(shí)，沖擊礦壓危險(xiǎn)性隨

28、之增加。 開采區(qū)域的影響 在煤層開采面積增加的情況下，巖體的震動(dòng)能量也隨之增加。研究表明，當(dāng)開采面積為3萬m2時(shí)，釋放的單位面積的震動(dòng)能量為最大。,第三節(jié) 沖擊地壓發(fā)生的條件及原因,61,沖擊礦壓主要預(yù)測方法,預(yù)測方法,采礦方法,地球物理方法,綜合指數(shù)法,數(shù)值模擬分析法,鉆屑法,微震法,聲發(fā)射法,電磁輻射法,振動(dòng)法,重力法,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,62,綜合指數(shù)法：既是一種早期綜合評價(jià)的方法，又是一種區(qū)域和局部預(yù)測的方法。,開采因素確定沖擊危險(xiǎn)：主要考慮了開采技術(shù)條件、開采歷史、煤柱、停采線、采空區(qū)、煤層的變化帶、斷層皺曲等12個(gè)開采因素對沖擊礦壓發(fā)生的影響。,早期與區(qū)域局部預(yù)測的綜合指

29、數(shù)法,地質(zhì)因素確定沖擊危險(xiǎn)：主要考慮了沖擊礦壓發(fā)生的情況、開采深度、地質(zhì)構(gòu)造、堅(jiān)硬頂板、頂板厚度特征參數(shù)、煤的沖擊傾向性、煤的強(qiáng)度等7個(gè)因素。,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,63,地 質(zhì) 因 素 影 響 及 指 數(shù),第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,64,開 采 因 素 影 響 及 指 數(shù),第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,65,開 采 因 素 影 響 及 指 數(shù)（續(xù)表）,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,66,即時(shí)與區(qū)域預(yù)測的微震法,微震法：就是記錄采礦震動(dòng)的能量，確定和分析震動(dòng)的方向，對震中進(jìn)行定位。 當(dāng)?shù)V井的某個(gè)區(qū)域監(jiān)測到礦震釋放的能量大于發(fā)生沖擊礦壓的所需的最小能量時(shí)，則該區(qū)域的當(dāng)前時(shí)間內(nèi)有發(fā)生沖

30、擊礦壓的危險(xiǎn)性。,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,67,微震活動(dòng)的頻度和能級出現(xiàn)急劇增加，持續(xù)一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)大的震動(dòng)。 微震活動(dòng)保持一定水平，突然出現(xiàn)平衡期，持續(xù)一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)大的震動(dòng)和沖擊。 沖擊地壓的最小能量 5l03J （里氏震級1級）。,三河尖礦9202工作面微震震級的變化規(guī)律,微震法的應(yīng)用,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,68,即時(shí)與區(qū)域預(yù)測的電磁輻射法,電磁輻射法：就是根據(jù)煤巖變形破裂過程中發(fā)出的電磁輻射 進(jìn)行沖擊礦壓的監(jiān)測預(yù)報(bào)。 在工作面采掘過程中，圍巖發(fā)生破裂時(shí)，均有電磁輻射信號 產(chǎn)生。 電磁輻射信號的強(qiáng)度隨著圍巖受載程度的增大而增強(qiáng)，隨變 形速率的增加而增強(qiáng)。 煤巖體電磁

31、輻射的脈沖數(shù)隨著載荷的增大及變形破裂過程的 增強(qiáng)而增大。載荷越大，加載速率越大，煤體的變形破 裂越 強(qiáng)烈，電磁輻射信號也越強(qiáng)。,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,69,電磁輻射能夠反映煤巖體的變形破裂過程。 通過電磁輻射可以監(jiān)測煤巖動(dòng)力災(zāi)害的孕育、發(fā)展過程。,電磁輻射效應(yīng)規(guī)律,載荷越大，變形破裂過程越強(qiáng)烈，電磁輻射越強(qiáng)。,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,70,現(xiàn)場有災(zāi)害和無災(zāi)害危險(xiǎn)時(shí)的電磁輻射對比,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,71,電磁輻射應(yīng)用實(shí)例華豐煤礦,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,72,即時(shí)與點(diǎn)預(yù)測的鉆屑法,鉆屑法：是通過在煤層中打直徑4250mm的鉆孔，根據(jù)排出 的煤粉量及其變化規(guī)律和有關(guān)

32、動(dòng)力效應(yīng)，鑒別沖擊危險(xiǎn)的一 種方法。,條件相同的煤體，當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)不同 時(shí)，其鉆孔的煤粉量也不同。當(dāng)單 位長度的排粉率增大或超過標(biāo)定值 時(shí)，表示應(yīng)力集中程度增加和沖擊 危險(xiǎn)性提高。 當(dāng)出現(xiàn)吸鉆、卡鉆、孔內(nèi)沖擊等現(xiàn) 象，也表明此處有沖擊礦壓危險(xiǎn)。,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,73,按照沖擊礦壓的危險(xiǎn)性指數(shù)Wt，我們將沖擊礦壓的危險(xiǎn)程度定量化分為四級進(jìn)行預(yù)測，分別為無沖擊危險(xiǎn)、弱沖擊危險(xiǎn)、中等沖擊危險(xiǎn)和強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)。,沖擊礦壓危險(xiǎn)性的分級預(yù)測,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,74,早期綜合預(yù)測,即時(shí)預(yù)測,區(qū)域預(yù)測,局部預(yù)測,點(diǎn)預(yù)測,逐級排除、 確認(rèn)危險(xiǎn)等級,解危處理,治理效果檢驗(yàn),沖擊礦壓危險(xiǎn)的預(yù)測流

33、程,綜合指數(shù)法,確定重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域,微震法,連續(xù)監(jiān)測、即時(shí)預(yù)測工作面區(qū)域沖擊危險(xiǎn)性,微震法、 電磁輻射法,鉆屑法,連續(xù)監(jiān)測、即時(shí)預(yù)測工作面局部沖擊危險(xiǎn)性,驗(yàn)證區(qū)域局部監(jiān)測的準(zhǔn)確性，并進(jìn)行點(diǎn)預(yù)測,煤巖體的強(qiáng)度弱化減沖治理，消除沖擊危險(xiǎn),微震、電磁、鉆屑檢驗(yàn)解危效果,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,75,防治沖擊地壓的技術(shù)思路,防治沖擊地壓,防,測,治,采掘合理布置,預(yù)測預(yù)報(bào)方法,治理技術(shù)手段,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,76,防治沖擊地壓的基本原理,基本原理,降低應(yīng)力集中程度,改變煤巖體的物理力學(xué)性質(zhì),減弱煤層區(qū)域內(nèi)的礦山壓力值,采用合理的開拓布置和開采方式,高壓注水,放松動(dòng)炮,鉆空槽卸壓,第四節(jié)

34、 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,77,減弱煤層區(qū)域的礦山壓力值,基本方法,超前開采保護(hù)層,無煤柱開采，在采區(qū)內(nèi)不留煤柱和煤體突出部分，禁止在鄰近層煤柱的影響范圍內(nèi)開采,合理安排開采順序，避免形成三面采空狀態(tài)的回采區(qū)段或條帶和在采煤工作面前方掘進(jìn)巷道，必要時(shí)應(yīng)在巖石或安全層內(nèi)掘進(jìn)巷道，禁止工作面對采和追采,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,78,采用合理的開拓布置和開采方式,基本原則,開采煤層群時(shí)，開拓布置應(yīng)有利于保護(hù)層開采。首先開采無沖擊危險(xiǎn)或沖擊危險(xiǎn)小的煤層作為保護(hù)層，且優(yōu)先開采上保護(hù)層。,劃分井田或采區(qū)時(shí)，應(yīng)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)。,采區(qū)或盤區(qū)的采煤工作面應(yīng)朝一個(gè)方向推

35、進(jìn)，避免相向開采，以免應(yīng)力疊加。,在地質(zhì)構(gòu)造等特殊部位，應(yīng)采取能避免或減緩應(yīng)力集中和疊加的開采程序。,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,79,頂板管理盡量采用全部垮落法，工作面支架應(yīng)采用具有整體性和防護(hù)能力的可縮性支架。,有沖擊危險(xiǎn)的煤層的開拓或準(zhǔn)備巷道、永久硐室、主要上(下)山、主要溜煤巷和回風(fēng)巷應(yīng)布置在底板巖層或無沖擊危險(xiǎn)煤層中，以利于維護(hù)和減小沖擊危險(xiǎn)。,開采有沖擊危險(xiǎn)的煤層，應(yīng)采用不留煤柱垮落法管理頂板的長壁開采方法。,基本原則,第四節(jié) 沖擊地壓的預(yù)測及預(yù)防,80,沖擊礦壓的解危措施,基本措施,爆破卸壓,誘發(fā)爆破,改變煤層的物理力學(xué)性質(zhì),爆破卸壓是指對形成沖擊危險(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。,誘發(fā)爆破是在監(jiān)測到有沖擊危險(xiǎn)的情況下，利用較多藥量進(jìn)行爆破，人為地誘發(fā)沖擊地壓，使沖擊地壓發(fā)生在一定的時(shí)間和地點(diǎn)，從而避免更大損害的一種解危措施。,改變煤層的物理力學(xué)性能，改變煤層的物理力學(xué)性能主要有：高壓注水、放松動(dòng)炮和鉆孔槽卸壓等方法。