冲击矿压对矿井生产的影响及其控制.pdf
冲击矿压对矿井生产的影响及其控制 山西大同市同煤集团郑向东 摘 要“本文分析了冲击矿压现象的成因和机理发生的条件矿井影响冲击矿压发生的因素及其所表现出的几种 状态并针对具体情况在现有的技术条件下采取行之有效的防治措施消除或减少冲击矿压事故 关键词“冲击矿压 地质构造顶板煤层集中应力弹性能金属支架煤柱长壁采煤法 一冲击矿压成因在顶底板岩层比较坚硬煤层坚硬具有脆 性或地质构造带中尚存的残余应力形成构造应力场的开采环 境下当矿井开采达到一定深度后在顶板自重应力或构造应力 等作用下使周围岩体积聚有大量弹性能和部分岩体接近极限平 衡状态采掘工作面接近到这些地方时或由于爆破等外部原因 使其力学平衡状态破坏时岩体内部的高应力由最大值瞬间降至 理论上的零值煤体或岩体发生脆性破坏积聚的弹性能突然释 放其中很大部分能量转变为动能产生的冲击性的动力现象 二常见的几种显现状态 冲击矿压现象就是一种以急剧猛烈破坏为特征的矿山压力 的动力现象主要表现为以下几种状态 ’ 弹射单个碎块从处于应力状态下的煤或岩体上弹射出 来并伴有强烈声响这种是属于微冲击现象 矿震它是发生在煤体或岩体内部或深部的冲击矿压即 深部的煤体或岩体发生破坏但是煤或岩石不向已采空间内抛 出只有片帮或散落现象煤或岩体震动伴有声响有时产生煤 尘较弱的矿震称为微震 弱冲击煤或岩石向已采空间抛出但破坏性不大对支 架机器和设备基本上没有损坏对工作人员已可构成伤害围岩 产生震动一般震级在 * 级以下伴有很大的声响产生煤尘 在瓦斯煤层中可能伴有大量瓦斯涌出 强冲击部分煤或岩体急剧破坏大量向已采空间抛出产 生严重后果出现支架折损设备移动和围岩震动震级在 , 级 以上并伴有巨大声响形成大量煤尘和产生冲击波其强度足以 对人员构成极大的伤害 同煤集团开采时间已有- .多年历史了开采深度不断加深 尤其是一些比较老的矿井如煤峪口同家梁忻州窑等开采深 度都在 / . 0以上采区所处的环境是煤质坚硬有脆性顶底板 都为坚硬的沙岩向以上提到的冲击矿压现象都发生过尤其是 一些回收边角煤保护煤柱等冲击矿压易发地段’ 种现象几 乎伴随着各个采掘工作面忻州窑矿1 - ’ -回采工作面发生冲击 矿压现象将 . 0巷道堵塞部分出现倒塌煤峪口矿 . 2盘区 1 2 ’ /工作面发生冲击造成 . . 0巷道堵塞影响了正常生产秩 序造成重大经济损失 三矿井影响冲击矿压发生的因素 影响冲击矿压发生因素是开采深度和地质构造煤层和顶底 板岩石的物理力学性质以及开采技术条件 ’ 开采深度 由岩体自重应力得出煤岩体所受的垂直应力与矿井开采深 度成正比关系深度越大所受的垂直应力就越大煤层被采动后 各种巷道和工作面周围岩体内将发生应力重新分布若有煤柱或 其它采掘工作影响时会造成应力的集中当其达到一定强度时 可能发生冲击矿压根据各矿资料显示发生冲击矿压的矿井其 开采深度都在 . . 0以上时并且随着开采深度的增大其发生的 频次和强度随着增加 煤层和顶底板岩石性质及特征 顶底板岩层比较坚硬这就使的其在破坏前的全部变形中 弹性变形占的比重大而塑性变形所占比重小这样一来厚而坚 硬的顶板其初次来压和周期来压步距较大3初次来压步距一般 在- . 0左右4 采后易形成大面积的悬顶积聚大量的弹性能是 发生冲击矿压十分典型的条件再就是煤层坚硬有脆性其抗压 强度也随之增大当其承压达到极限平衡时在外部诱因3如放炮 等4的作用下使其平衡状态破坏煤体发生脆性破坏弹性能突然 释放发生冲击矿压另外煤层厚度越大其煤体发生脆性破坏 的倾向性越大发生冲击矿压的机率也越大如图所示 地质构造 通常在地质构造带中尚存有一部分地壳运动的残余应力形 成构造应力场在煤矿中常有断层褶曲和局部异常3如底板凸 起顶板下陷煤层分岔变薄或变厚等现象4等构造带如断层在 形成的过程中断裂能够释放一定的能量使其两侧的构造应力 降低但在断层的尾端构造处仍可积聚有较大的残余应力给发 5215 科技信息基础理论研讨 万方数据 生冲击矿压创造了必要的条件冲击矿压就常常发生在这些构造 应力集中的区域 “ 采煤方法 各种采煤方法的巷道布置和管理顶板方法不同所产生的矿 山压力和分布规律也不相同一般来说段壁体系巷柱或刀柱 采煤方法由于开掘巷道多巷道交叉多煤柱多形成多处支承压 力叠加积聚大量能量易发生冲击矿压而采用长壁采煤法不 留或少留煤柱不易形成应力集中其发生次数显著减少 ’ 采掘顺序 采掘顺序对形成矿山压力的大小和分布有很大关系巷道和 工作面相向推进以及在回采工作面或煤柱中的支承压力带内掘 进巷道都会使集中压力叠加而发生冲击矿压此外若由于开采 顺序不当使相邻区段追逐回采留下待采煤柱等也都会增大集 中应力造成发生冲击矿压的条件 放炮 放炮产生震动引起动载荷一方面能使煤层中的应力迅速 重新分布而增加煤体应力另一方面能迅速解除煤壁边缘侧向阻 力改变煤体的应力状态由三向压缩变为二向压缩导致迅速破 坏因此放炮具有诱发冲击矿压的作用 此外钻机掘进机或其它采煤机工作时也能局部改变煤体 的应力状态具有诱发作用 四冲击矿压的防治 根据发生冲击矿压的成因和机理防治的基本原理有两方 面一是降低应力的集中程度二是改变煤岩体的物理力学性能 以减弱积聚弹性能的能力和释放速率 * 降低应力的集中程度 减弱煤层或煤层区域的矿山压力值的方法有超前开采保护 层无煤柱开采在采区内不留煤柱和煤体突出部分禁止在邻进 层煤柱的影响范围内开采合理安排开采顺序避免形成三面采 空状态的回采区段或条带和在回采工作面前方掘进巷道必要时 应在岩石或安全层内掘进巷道禁止工作面对采和追采 , 改变煤层的物理力学性能 这方面的方法主要有高压注水放震动炮和孔槽卸压等 * 煤层高压注水的作用是人为地在煤岩内部造成一系列 的弱面并起软化作用以降低煤的强度和增加塑性变形量注水 后煤的湿度增加使其单向受压的塑性变形量也增加 , 放震动炮是人为地释放煤体内部集中应力区积聚的能 量在回采工作面中使用时一般是在工作面沿走向打“ - .深的 炮眼进行松动爆破它的作用是可以诱发冲击矿压和在煤壁前 方经常保持一个破碎保护带使最大支承压力转入煤体深处随 后即使发生冲击矿压对采场的威胁也大为降低 / 孔槽卸压是用大直径钻孔或切割沟槽使煤体松动达到 卸压效果卸载钻孔的深度一般应穿过应力增高带在掘进石门 揭开有冲击危险的煤层时应距煤层’ -0 .处停止掘进使钻孔 穿透煤层进行卸压在回采工作面使用时钻孔深度为* ’ - , 1 .钻孔直径/ 1 1 ..孔距为* -* 2 ’ . / 可依靠选择最佳采煤方法回采设备确定开采参数和工 作制度等方法局部降低煤层边缘的冲击危险程度例如当开采 有冲击危险的单一煤层时如果条件合适应当采用直线长壁工 作面的前进式采煤方法并在巷道侧不留煤柱对有冲击危险的 厚煤层应采用倾斜分层长壁式采煤方法上分层的开采厚度应 当最小开采有冲击危险煤层时无论是在回采工作面还是在掘 进工作面都应当采用支承力大的可缩性金属支架单体液压支 柱液压支架 五结论 煤矿开采过程中冲击矿压现象的危害程度比一般矿山压力 显现程度更为严重尤其是同煤集团的一些矿井开采边角煤保 护煤柱的条件下开采中更易发生冲击矿压造成严重的自然灾 害但是我们在掌握其成因和机理并了解影响其发生因素的基 础上在现有的技术水平下通过对冲击矿压认真地测定并针对 具体情况采取有效的防治手段完全可以消除或大大减少冲击矿 压事故确保煤矿正常有序的生产 参考文献 3 * 4钱鸣高刘听成2矿山压力及其控制3 54 2北京煤炭工 业出版社 * 6 6 , 3 , 4窦林名何学秋2冲击矿压防治理论与技术3 54 2徐州 中国矿业大学出版社 , 1 1 * 3 / 4靳钟铭徐林生2煤矿坚硬顶板控制3 54 2北京煤炭工 业出版社 * 6 6 7 800,8 科技信息基础理论研讨 万方数据
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