冲击地压.ppt

矿山压力及其控制,主讲王家臣,第十章煤矿冲击矿压及其防治,冲击矿压井巷或采场周围岩体在其力学平衡状态破坏时，由于弹性变形能突然释放而产生的突然、急剧、猛烈的动力现象。现象常伴有很大的响声、岩体的震动和冲击波，在一定的范围内可以感到周围介质的震动；有时向采空空间抛出大量的碎煤或岩块，形成很多煤尘；有时还释放出大量的瓦斯。常导致巷道支架破坏，设备移动和空间被堵塞，危害程度比一般矿山压力显现程度更为严重，在地下开采中易造成严重的自然灾害。,在我国，冲击矿压最早于1933年发生在抚顺胜利矿。以后，随着采深的增加和开采范围的不断扩大，北京、抚顺、枣庄、开滦、大同、北票、南桐等矿区的许多矿井，都先后发生和记录了冲击矿压。随着开采深度的不断增加，冲击地压的危害将日益突出。世界上几乎所有采煤国家都不同程度地受到冲击矿压的威胁。1783年英国在世界上首先报导了煤矿中所发生的冲击矿压。,10.1冲击地压分类10.1.1根据原岩（煤）体应力状态分类重力应力型冲击矿压主要受重力作用，没有或只有极小构造应力影响的条件下引起的冲击地压，如枣庄、抚顺、开滦等局发生的冲击地压。构造应力型冲击地压若构造应力远远超过岩层自重应力时，主要受构造应力的作用引起的冲击地压，如北票矿务局和天池煤矿发生的冲击地压。中间型或重力构造型冲击地压它是受重力和构造应力的共同作用引起的冲击地压。,10.1.2根据冲击的显现强度分类弹射一些单个碎块从处于高应力状态下的煤或岩体上射落，并伴有强烈声响，属于微冲击现象。矿震它是煤、岩内部的冲击地压，即深部的煤或岩体发生破坏，煤、岩并不向已采空间抛出，只有片帮或塌落现象，但煤或岩体产生明显震动，伴有巨大声响，有时产生煤尘。较弱的矿震称为微震，也称为“煤炮’。弱冲击煤或岩石向已采空间抛出，但破坏性不很大，对支架、机器和设备基本上没有损坏，围岩产生震动，一般震级在2.2级以下，伴有很大声响，产生煤尘，在瓦斯煤层中可能有大量瓦斯涌出。,强冲击部分煤或岩石急剧破碎，大量向已采空间抛出，出现支架折损、设备移动和围岩震动，震级在2.3级以上，伴有巨大声响，形成大量煤尘和产生冲击波。10.1.3根据震级强度和抛出的煤量分级轻微冲击抛出煤量在10t以下，震级在１级以下冲击地压中等冲击抛出煤量在1050t，震级在12级的冲击地压强烈冲击抛出煤量在50t以上，震级在２级以上的冲击地压。,10.2冲击地压成因和机理10.2.1强度理论发生的条件是矿山压力大于煤体围岩力学系统的综合强度。较坚硬的顶底板可将煤体夹紧，阻碍了深部煤体自身或煤岩交界处的变形。由于平行于层面的摩擦阻力和侧向阻力阻碍了煤体沿层面的移动，使煤体更加压实，承受更高的压力，积蓄较多的弹性能。在煤体夹持带内，压力高、并储存有相当高的弹性能，高压带和弹性能积聚区可位于煤壁附近。一旦高应力突然加大或系统阻力突然减小时，煤体可产生突然破坏和运动，抛向已采空间，形成冲击地压。,10.2.2能量理论当矿体与围岩系统的力学平衡状态破坏后所释放的能量大于其破坏所消耗能量时，就会发生冲击地压。10.2.3冲击倾向理论介质实际的冲击倾向度大于规定的极限值。这些指标主要有弹性变形指数、有效冲击能指数、极限刚度比、破坏速度指数等。,显然，式中前一个准则是煤、岩体的破坏准则，后两个是突然破坏准则，上述是发生冲击矿压的三个准则，即强度准则、能量准则和冲击倾向度准则。３个准则同时成立，才是产生冲击矿压的充分和必要条件。,10.3冲击矿压影响因素10.3.1自然地质因素主要包括采深、地质构造及煤岩结构和力学特性等。10.3.2开采技术因素开采多煤层时，任何造成应力集中的因素，如开采程序不合理、本层回采不干净、相邻两层开采错距不合适等，均对防治冲击地压不利。从防治冲击地压的角度而言，壁式开采优于柱式开采，旱采优于水采，直线工作面优于曲线工作面。煤柱和开采边界是最主要的应力集中因素，应尽量避免和减少这些因素的有害影响。,10.4冲击矿压预测WET法该方法是波兰采矿研究总院提出的，用于测定煤层冲击倾向。WET为弹性能与永久变形消耗能之比。波兰采矿研究总院规定WET≥５为强冲击倾向；2≤WET＜５为弱冲击倾向；WET＜２为无冲击倾向。该方法虽存在一些不足之处，但基本适于我国情况，可作为煤层冲击倾向鉴定指标之一。弹性变形法它是全苏矿山测量研究院提出的。在载荷不小于强度极限80的条件下，用反复加载和卸载循环得到的弹性变形量与总变形量之比（K），做为衡量冲击倾向度的指标。当K≥0.7时，有发生冲击地压的危险。,煤岩强度和弹性系数法用煤岩的单向抗压强度或弹性模量的绝对值，做为衡量冲击倾向度的指标。这种方较为简单，经常用作辅助指标。其指标的界限值须根据各矿井的试样进行试验确定。钻屑法又称为钻粉率指数法或钻孔检验法。它是用小直径（4245mm）钻孔，根据打钻不同深度时排出的钻屑量及其变化规律，来判断岩体内应力集中情况，鉴别发生冲击地压的倾向和位置。在钻进过程中，在规定的防范深度范围内，出现危险煤粉量的测值或钻杆被卡死的现象，则认为具有冲击危险，应采取相应的解危措施。,地音、微震监测法岩石在压力作用下发生变形和开裂破坏过程中，必然以脉冲形式释放弹性能，产生应力波或声发射现象。这种声发射亦称地音。显然，声发射信号的强弱反映了煤岩体破坏时的能量释放过程。这样,地音监测法的原理是,用微震仪或拾震器连续或间断地监测岩体的地音现象。根据测得的地音波或微震波的变化规律与正常波的对比,判断煤层或者体发生冲击倾向度。,工程地震探测法用人工方法造成地震，观测这种地震波的传播速度，编制出波速与时间的关系图，波速增大段表示有较大的应力作用，结合地质和开采技术条件分析，判断发生冲击地压的倾向度。综合测定法为了能够更准确地判断出发生冲击地压的地点和时间，可同时采用上述两种以上的方法，根据多因素的变化，综合加以确定。国内外常使用的有钻屑法与地音探测和地质及开采技术条件分析的综合方法，是实用、简易的有效方法，在我国已得到应用。,10.5冲击地压的防治措施（一）降低应力的集中程度减弱煤层成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，禁止在邻近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。（二）改变煤层的物理力学性能主要方法有高压注水，放震动炮和孔槽卸压等。,