采矿工程毕业论文煤矿冲击地压的机理及未来的研究方向和治理技术.doc

煤矿冲击地压的机理及未来的研究方向和治理技术 采矿工程 摘要总结和论述了近几十年来国内外在研究煤岩体系发生冲击地压理论方面的进展,冲击地压发生的主要因素和特点,探讨了在冲击机理方面研究的趋势,并对国内外现今所采用的预测和防治措施进行了分析,并提出了防治的方法,展望了今后在预测预报工作和防治措施研究及实践方面的发展方向。 关键词冲击地压岩石力学预测预报强度刚度能量 引言 煤矿冲击地压是指在一定条件的高地应力作用下,井巷或回采工作面周围的煤岩体由于弹性能的瞬时释放而产生破坏的矿井动力现象,常伴随有巨大的声响、煤岩体被抛向采掘空间和气浪等现象。它往往造成采掘空间中支护设备的破坏以及采掘空间的变形,严重时造成人员伤亡和井巷的毁坏,甚至引起地表塌陷而造成局部地震。 1对国内外煤矿冲击地压灾害及其理论研究现状的评述 1. 1国内外煤矿冲击地压灾害评述 煤矿冲击地压和岩爆是一个世界性的灾害现象。从1738 年英国的南史塔福煤田发生世界上第一次冲击地压以来,已有260 年的历史了。其间在世界上发生冲击地压的国家除我国外,还有英国、波兰、法国、德国、俄罗斯、乌克兰、南非、美国、日本等23 个国家和地区。 我国最早记录的冲击地压是1933 年在抚顺胜利矿发生的。从19331996 年的60 多年间,全国共有36 个矿井累计发生过4 000 余次破坏性的冲击地压,造成400 多人死亡,200多人受重伤,破坏巷道20 km 之多,其经济损失十分严重。 1. 2冲击地压理论研究现状的评述 南非于1915 年就建立了南非矿山冲击委员会,对煤和金属矿的冲击地压 进行研究。西德于20 世纪50 年代初就开始冲击地压的研究工作,并且成功地采用了钻孔卸压措施来防治煤矿井下发生的冲击地压[。前苏联的全苏矿山测量科学研究院也制定了有冲击地压危险煤层的矿井的采矿工程施工安全规程。在美国主要采用的方法有煤层掏槽、钻孔卸压、卸压爆破和煤层注水等。 我国对冲击地压的研究是从60 年代才开始的,主要是由一些有严重冲击地压的局矿在生产实践中加以探索。第一次比较系统地进行煤矿冲击地压的研究工作是由重庆大学和煤科总院重庆分院于1978 年在天池煤矿进行的[ 6] 。全国性的煤矿冲击地压调研工作于1985年完成。此后,煤炭部于1987 年颁布实施由煤科院北京开采所和阜新矿业学院联合起草的我国第一部冲击地压煤层安全开采暂行规定[ 11]。通过广大科技工作者和研究人员的共同努力,已使我国对冲击地压机理和防治措施的研究有了较大的进展,其中煤体注水与深孔松动爆破方法相结合的综合防治措施以及冲击地压的非线性有限元数值模拟、煤岩体地应力场的测试和有限元计算分析、声发射技术、微震监测系统在防治冲击地压的研究与应用方面已达到国际先进水平。对煤、岩体冲击地压和岩爆机理的研究,国内外曾提出了多种理论。按现代力学观点来看,主要有以下几种 1.2. 1刚度理论 Cook 和Hodgeim 于60 年代提出当煤岩体受力屈服后的刚度KR大于 顶底板和支架的刚度KC时,便发生冲击地压[ 12]。而当KR KC时,煤岩体处于稳定状态,不发生任何冲击动力现象。 1. 2. 2强度理论 强度理论是由G. Brener 提出的。该理论认为煤体处于顶底板的夹持之中,夹持特性决定了煤-围岩体系的力学特性。当煤体和围岩的交界处达到极限平衡条件时,煤体便失稳 而发生冲击地压。 1. 2. 3能量理论 Cook 等人在60 年代对南非15 年来冲击地压的防治情况总结后指出 当煤-围岩体系在其力学平衡状态遭破坏其所释放出的能量大于所消耗的能量时,就发生冲击地压。随后Dunk House 给出了能量平衡的方程式,佩图霍夫对产生冲击地压的能量结构作了分析。 1. 2. 4冲击倾向理论 针对不同的煤层,其发生冲击地压的强弱程度各不相同这一事实。国内外提出了煤、岩体的冲击倾向理论。该理论认为当煤岩体的冲击倾向度KE 大于它的临界值KC时,便发生冲击地压。国内外已提出的以衡量煤岩体冲击倾向指标概括起来主要表现在煤岩体的能量、破坏时间、变形大小和刚度四个方面能量指标 弹性变形 应变 能指标WET ; 冲击能指标WCF; 有效冲击能指标GE ; 弹性能量指标P ES;时间指标 动态破坏时间△T ;形变指标 弹性变形指标DE;刚度指标 脆性系数KB ; 刚度比指标KCF . 1. 2. 5“三准则”理论 该理论是我国学者在总结了强度理论、能量理论和冲击倾向理论之后所提出来的[ 1,7,8]。其基本观点是将上述三种理论结合起来,并且认为强度准则是煤岩体的破坏准则,而能量准则和冲击倾向准则是煤岩体突然破坏准则,只有当三个准则同时满足时,才能发生冲击地压。 1. 2. 6变形系统失稳理论 煤岩体变形系统失稳理论提出了煤岩体系统发生冲击地压的失稳判据, 即[ 6,9,19]DP 0和D2P 0 1式中P煤岩系统的总势能泛函; DP 总势能泛函P 的变分。它揭示了冲击地压是由于采掘空间中煤岩体结构稳定性不够而发生的失稳破坏过程。 1. 2. 7突变理论 煤岩体的突变理论是从1972 年Thom 创立的突变论 Catastrophe T heor y 而发展起来的一种较新的理论[ 1921]。该理论主要从建立煤岩体的尖点突 变模型 Cusp model 出发,对影响煤岩体的主要控制因素,即顶底板压力、刚度和煤岩的损伤扩展耗散能量的定量分析,来定性地解释发生冲击地压的机理。 1. 2. 8分形理论 该理论是利用分形几何学 Fractal Geometry 的方法来研究冲击地压发生的机理和预测预报手段,主要对冲击地压和岩爆的分形特征及微震活动的时空变化的分形特征进行了试验研究[ 22,23]。这一理论目前的主要研究成果是,在冲击地压和岩爆发生前,微震活动均匀地分布在高应力区,这时分形维数值较高,而临近冲击地压发生时,微震活动集聚,其分形维数值较低,也即分形维数值随岩石微断裂的增多而减小,最低的分形维数值则出现在临近冲击地压发生时。 1. 2. 9“三因素”理论 冲击地压的“三因素”理论[ 1,24] 认为冲击地压发生的过程是煤岩地层受力的瞬间粘滑过程,是煤岩层满足剪切强度准则以突然滑动并在滑动过程中伴随着动能释放的动力过程。由此而得到了“三因素”机理模型,即内在因素 煤岩的冲击倾向性 、力源因素 高度的应力集中或高变形能的贮存与外部的动态扰动 和结构因素 具有软弱结构面和易于引起突变滑动的层状介面 是导致冲击地压发生的最主要因素。 2冲击地压发生的主要因素和特点 2.1 冲击地压的分类及显现特性 煤矿冲击地压是承受高压的脆性煤体极限平衡状态被破坏,向自由空间突然释放能量的动力现象。按产生冲击地压的力源划分,冲击地压可分为动型、构造应力型和动构造应力并有的中间型三类按矿体变形破坏范围的大小划分,冲击地压可分为局部崩落和大面积爆发两类按冲击地压发生的地点划分,又可分为巷道冲击地压和工作面冲击地压。冲击地压的特征是煤壁抛射性塌落,顶板下沉或底板撇裂,板炮频繁,煤体移动,弹性振动,设备 震搬,煤尘飞扬,无明显预兆突然爆发,伴有巨大响声和地震,冲击风波引起构筑物损坏,易于出现较大损失和伤亡。 2.2发生冲击地压的地质及开采条件 据不完全统计,发生过冲击地压的除我局权台矿、三河尖矿外,其他局还有唐山矿,抚顺胜利矿,枣庄陶庄矿,京西门头沟矿、城子矿和房山矿,大同挖金湾矿、马脊梁矿,四川天池矿等。上述各矿冲击地压的特点是煤质较坚硬,矿体围岩厚而坚硬,开采深度较大采煤方法多数是沿倾斜推长壁、型、漏斗和房柱法等,少数是沿走向推进的长壁、短壁和刀柱法等采空区处理方法多数是垮落法和多水平分区开拓。总之,动型冲击地压发生的一般条件是采深大、矿体硬、围岩厚而坚硬、留有煤柱的不完全开采。构造型冲击地压发生的一般条件是井田次一级向、背斜构造应力集中地带,当采掘接近大断裂向、背斜轴附近,常常会出现强度较大的冲击地压。 2.3 冲击地压发生的地点及影响范围 冲击地压多发生在采煤工作面的材料道、地质构造带,残留岛形或半岛形煤柱、三面采空的孤立采面、支承压力升高区内。在煤壁前方130m、煤壁后方40m、煤层下限60m的范围内,是冲击地压多发地点。如我局三河尖矿发生的6次冲击地压,第一次在7110材料道距联络巷口3565处,第二次在7110材料道距煤壁1035处,第三次在7110材料道距煤壁070m处,第四次在7110材料道距煤壁1540m处,第五次在7125面材料道距煤壁080m处,第六次在7125面材料道距煤壁4565m处。 2.4 冲击地压产生的因素 影响冲击地压发生的地质因素有煤层本身具有冲击危险煤层顶板坚硬煤层底板强度较高开采深度较大地质构造复杂。影响冲击地压发生的开采技术因素有采煤方法、采掘程序、顶板管理、煤柱大小、放炮等。 2.5 选取防治冲击地压措施的原则 在掌握冲击地压显现特征,发生冲击地压条件的前提下,按照冲击地 压发生的地点、影响范围及冲击地压产生的原因,对症下药,采取有效措施,借以减缓或防止冲击地压。但是,不同地方用同一技术措施的做法和效果不尽相同。因此,只要掌握了各种技术措施的服务对象,根据具体条件,因地制宜地选取即可。一般说来,选取防治冲击地压技术措施的原则有3条 2.5.1 改变煤岩物理力学性质 目的在于减少煤岩弹性压缩势能的积聚,提高煤岩塑性变形能力,降低煤岩的脆性,减缓弹性能量的释放速度。具体措施有向煤体内进行高压注水,打卸压钻孔放震动炮开保护层等。 2.5.2 遥免或减少采掘空间围宕内的应力集中 目的在于减轻冲击地压破坏程度,具体的措施有适当掌握采面开采强度,降低集中应力系数加大巷道断面和支架可缩性,减少冲击地压所引起的巷道围岩变形破坏加强巷道底板控制,减缓巷道底鼓严格执行放炮安全措施,防止放炮诱出冲击地压而危及人身安全。 2.5.3加强矿压观测 提前预报有冲击地压危险的地段提前测出有冲击地压危险的地段,其方法有微震监测、地音监测、钻屑煤粉法及巷道变形量的观测等。 3 对冲击地压理论研究的展望 冲击地压理论冲击地压作为岩石力学中的复杂疑难问题之一,是国内外许多岩石力学工作者的重要研究内容,特别是冲击地压发生机理问题,更是过去几十年来国内外有关专家与学者共同关注的焦点。我国从60 年代才开始对冲击地压进行研究,主要是由一些有严重冲击地压的局矿在生产实践中加以探索。近年来通过广大科技工作者和研究人员的共同努力,我国对冲击地压机理和防治措施的研究有了较大的进展,其中煤体注水与深孔松动爆破方法相结合的综合防治措施以及冲击地压的非线性有限元数值模拟、煤岩体地应力场的测试和有限元计算分析、声发射技术、微震监测系统在防治冲击地 压的研究与应用方面已达到国际先进水平。 由于冲击地压问题的复杂性,冲击地压发生机理的研究进展仍比较缓慢,人们对冲击地压理论的认识经历了强度理论到刚度理论、能量理论、冲击倾向性理论,近十年又创立了“三准则”理论和变形系统失稳理论。 强度理论认为井巷和采场周围产生应力集中,当应力达到煤岩体的强度极限时,煤岩体就会突然发生破坏,形成冲击矿压发生条件由应力与强度比值决定。 刚度理论是由Cook 等人由刚性试验机理论得到的,该理论认为矿山结构矿体的刚度大于矿山负荷系统围岩的刚度是产生冲击矿压的必要条件。刚度理论在矿柱冲击情况下较为适用,对于巷道或采场等其它冲击情况较难应用,对于如何确定矿体的刚度也是一个难题。 能量理论从能量转化的角度来分析岩爆的成因,该理论认为岩体--围岩系统在力学平衡状态下破坏所释放的能量大于所消耗的能量时,即形成岩爆。能量理论只说明了岩体-围岩系统在力学平衡状态时,释放的能量大于消耗的能量,岩爆就发生,但没有阐明平衡状态的力学性质和破坏条件,特别是围岩释放能量的条件,因此岩爆的能量理论缺乏必要条件。 冲击倾向性理论认为当煤岩体的冲击倾向度KE 大于它的临界值KC 时,便发生冲击地压。煤岩介质产生冲击破坏的固有能力或属性,是冲击矿压发生的必要条件。但冲击是否会发生还与采掘、地质条件相关。岩爆的发生与周围环境密切相关,实验室测定的冲击倾向指标难于全面代表各种地质因素条件下岩爆特征。 “三准则”理论该理论是我国学者在总结了强度理论、能量理论和冲击倾向理论之后所提出来的。其基本观点是将上述三种理论结合起来,并且认为强度准则是煤岩体的破坏准则,而能量准则和冲击倾向准则是煤岩体突然破坏准则,只有当三个准则同时满足时,才能发生冲击地压。 失稳理论是从数学上的稳定性理论出发,研究系统稳定准则。该理论认 为岩爆发生前是一个准静态过程,而岩爆是一个平衡状态失稳转化为另一个平衡状态的动力失稳过程。当岩体处于非稳定的平衡状态时,遇到外界有微小的扰动,岩体就可能发生失稳,从而在瞬间释放大量能量,这些能量促使岩体从静态变为动态,于是发生急剧、猛烈的破坏。 传统的力学方法通常假定材料是连续的,不存在任何缺陷或裂纹,因此现有的应力强度理论与破坏准则大多很难有效地分析岩石这种复杂的强度变化与整体破坏行为。 损伤岩石力学与传统的岩石力学相比,最主要的在于将以岩石强度为核心转为以损伤演化过程为中心,使岩石强度理论的研究逐渐由经典强度理论向断裂强度理论、损伤强度理论发展。损伤力学是一门新兴的学科,其研究体系还不够完善,研究内容还研究仍限定在单轴或三轴拉压、蠕变、疲劳等一些特定条件下的损伤演化,局限于对各种力学现象的分别研究。 余寿文,冯西桥提出了基于微裂纹扩展区的概念来描述岩石类材料的损伤状态。奚正志,周占波,陈洪从岩石断裂和损伤力学角度以及细观角度对岩石的断裂和损伤理论的研究现状进行了综述分析,指出岩石强度理论的研究由经典强度理论向断裂强度理论、损伤强度理论发展。中国矿业大学的谢和平,彭瑞东,周宏伟,鞠杨总结了基于断裂力学与损伤力学的岩石强度理论研究进展。 刘红岩,王根旺,刘国振从损伤变量定义的方法入手,讨论了基于宏微观理论的损伤变量定义方法及其相应的损伤模型。通过对这两类定义方法的优缺点进行讨论后指出,宏微观结合的损伤变量定义方法是以后损伤变量定义的最佳方法及岩石爆破损伤理论模型的发展趋势。中国矿业大学秦跃平等对岩石损伤力学模型进行了分析研究,提出了岩石准静态损伤过程;提出了两条基本假定在极慢速度加载过程中,损伤与外界所做的功成正比损伤的速率和内平衡状态下的损伤与实际损伤之差成正比;通过实验较为方便的确定了无因次化数学模型三个材料常数,使岩石力学模型更为简便。 应该说,随着现代数学、力学理论如断裂力学、突变、分形、分叉岔、混沌等的发展,使冲击地压问题的理论研究取得了一定的进展,但这还只是刚刚开始,新的理论体系尚未形成。 预测预报目前冲击地压的预测与防治仍是采矿工程中尚未解决的世界性难题之一,其主要原因在于冲击矿压发生机理的复杂性。 预测预报方法主要有综合指数法危险程度分析与早期预报、钻屑法局部监测方法、微震法区域性监测方法、地音法即声发射法局部监测预报方法、电磁辐射局部监测预报方法。 由于冲击地压的随机性和突发性,破坏形式的多样性,单凭一种方法预测是不可靠的,必须结合冲击地压危险的区域预报与局部预报,早期预报与及时预报。冲击地压的系统综合预测采取首先分析地质开采条件,根据综合指数法和计算机模拟分析方法,预先划分出冲击矿压危险及重点防止区域,提出冲击地压的早期区域性预报;采用微震监测系统,对矿井冲击危险提出区域和及时预报;采用地音监测法、电磁辐射监测法等地球物理监测手段,对矿井回采和掘进工作面进行局部地点的预测预报;然后采用钻屑法,对冲击矿压危险区域进行检测和预报,同时对危险区域和地点进行处理。 近些年来,人们对岩石破坏孕育过程中的声发特征进行了大量的研究,这些成果为用声发射监测预报冲击地压的发生奠定了良好的基础。在国内外煤矿开采中,通过监测到的声发射时间序列进行分析并对其发展的趋势进行预测已经成为预报冲击地压的主要手段之一。谭云亮教授针对冲击地压监测AE 时间序列的特点,建立了由伸缩和平移因子决定的小波基函数代替Sigmoid 等传递函数的小波神经网络预测模型,避免了传统神经网络需要人为干预网络结构参数的不足。 许多学者致力于研究在设计阶段、采掘方案形成之后模拟,结合考虑采掘区域的地质条件,采掘区域、采掘方式以及采掘区的煤岩物理性质以及岩石的应力情况,对所采取的采掘方案实施过程中冲击地压发生通过数值模拟 进行预测,使冲击地压的防治纳入设计工作的内容。由治理为主的阶段进入预防为主的新阶段,真正做到经济有效的防治冲击地压。 计算机技术及测试技术的发展,已经使天气、海浪等数值预报成为现实,也将为对开采方案中冲击地压发生情况进行数值预测预估成为可能。目前采用的数学模型是确定性,但是实际上用此求解数学模型的参数和条件并不是确定的,而是随机的,甚至是模糊的,通过模糊的参数和条件对确定性模型求解得出冲击地压发生的确定性回答肯定与实际有很大的差距。因而把确定性预报改为概率预报,对冲击地压概率数值进行预测预报更为接近实际,将是冲击地压预测预报发展的方向。 实际上,上述这些理论都是相互关联的,“三准则”理论是对强度理论、刚度理论和能量理论的综合; 变形系统失稳理论是对强度、刚度和能量理论的更深入总结和发展,用这两种理论可以对冲击地压发生的条件进行数值模拟,但“三准则”理论不具备可操作性,变形系统失稳理论在必要条件上还不够具体; 突变理论本质上也是对能量、强度和刚度理论的进一步发展,但对冲击地压发生的充要条件还解释不够; 分形理论只是一种可预测性和相关性的研究尚未上升到机理上的认识; “三因素”理论不是独立的理论,它是对冲击倾向理论和能量理论的综合与发展。总之,在目前的各种理论当中,强度、能量和冲击倾向理论是最根本性的理论,其余的均是这三种理论的总结和发展。由于目前对煤、岩体在受外荷载作用下发生细观断裂和破坏的机理认识不深,同时也对煤岩体内部微裂纹的扩展与冲击过程之间的关系还不明确,所以现今还未能确切地掌握冲击地压发生的机理。此外,煤岩体在外载荷作用下所发生的流变特性也是导致其发生破坏和形成冲击动力现象的一个主要影响因素。实际上,煤矿井下层状煤岩体受到集中应力的作用,在某一时期内,这种应力状态是相对稳定的,使煤岩体发生稳定蠕变,不会导致其破坏和形成冲击地压。而在另一时期,由于受采掘活动的影响改变了煤岩体的受力状态,使其发生非稳定或亚稳定蠕变,并经过一定时间 的加速蠕变而失稳破坏形成冲击地压。因此,研究煤岩体发生的冲击地压也应当从煤岩体发生的流变特别是蠕变损伤这一角度来开展工作,况且国内外在这方面的研究并不多见。 近年来,虽然现代数学中的分叉理论Bifur cation T heory 和混沌动力学 Chaotic Dynamics已在生物、化工和其它学科领域当中得到广泛的应用,但用于研究和分析井下煤岩体发生冲击地压和岩爆这一动力现象的却不多见。煤岩体的断裂破坏可视为其内部微观裂纹扩展、分叉和失稳扩展的动态演化过程,裂纹分叉与失稳是紧密相关的,裂纹经过无限多次的分叉便导致整个系统的失稳,这种失稳可以比拟为一类非线性微分方程的倍周期分叉而出现的混沌运动现象。混沌的起点对应于裂纹失稳扩展的临界点,从而有可能分析出冲击地压和岩爆的混沌特征。既反映出冲击地压和岩爆的发生具有对初始条件 充分必要条件 的敏感依赖性,同时也应当具有在表现形式上的随机性和无序性,在无序中孕育着发生的周期性。可见,利用非线性分叉理论和混沌动力学来研究煤岩体发生的冲击地压和岩爆应当成为今后主要的攻关方向,也必将为预测预报探索新的途径,以便能对冲击地压和岩爆的机理认识有一个质的飞跃。 此外,煤矿冲击地压和岩爆现象是煤岩体系统在变形过程中的一个稳定态积蓄能量、非稳定态释放能量的非线性动力学过程Nonlinear dynamic process ,是其外部荷载环境、内部结构、构造及其物理力学性质的综合反映,这一性质可以视为是具有冲击倾向的煤岩体要尽可能保持其原始低能量状态属性的一种表现,可用下面的过程加以描述煤岩体原始低能量稳定状态→高应力作用积蓄能量高能量临界状态→结构破坏变形失稳形成冲击地压或岩爆→耗散部分能量新的低能量稳定状态 在这个动力学运动过程当中,最基本的现象就是煤岩体结构的破坏和稳定性的丧失。因此研究冲击地压和岩爆发生的机理与条件还应当从微观结构 和宏观动力学的微分运动和混沌运动特性等诸方面开展工作。 4 对国内外煤矿冲击地压防治措施及预测预报研究现状的评述4. 1冲击地压防治措施的基本原理 国内外学者共同的观点认为要防治煤矿冲击地压和岩土工程中的岩爆,必须从改变煤岩体的应力状态和它们本身的物理力学性质上着手。从能量的角度出发,煤岩体发生冲击的条件为 Ec Er ≥Eb E m E e E a 式中Ec,Er 煤和岩体所释放出的形变势能; Eb破坏煤岩体所需的能量; Em 移动煤岩体所需的能量; Ee 地震耗散的能量; Ea 被破坏地点所吸收的能量。 众所周知,煤岩体所积蓄的形变势能Ec,r 是与其所受的应力大小及其物理力学性质有关,即 Ec,r [ R21 R22 R23 - 2L R1R2 R2R3 R1R3 ] / 2E 3 根据式 3 可知,要改变煤岩体的形变势能Ec,r 必须从改变其三向受力状态,即R1 ,R2 ,R3 出发,同时改变其物理力学性质。这就是国内外采取各种防治措施的基本原理。 4. 2冲击地压的防治措施 结合冲击地压发生的机理和防治措施的基本原理,国内外提出和实践了众多的防治煤岩体发生冲击地压和岩爆的措施。这些措施的实质就是利用各种技术途径,人为地改变煤岩体中的应力状态和其物理力学性质,进而达到防治冲击发生或减少发生的次数及强度的目的。 在波兰,主要利用煤层注水、震动爆破、卸压钻孔和松动爆破等方法来防治冲击地压。美国煤矿冲击地压的防治主要用煤层掏槽、卸压钻孔、卸压松爆和煤体注水等方法。德国采用的防治措施有开采保护层、煤层注水、钻 孔卸压、卸载爆破等。其它如俄罗斯、英国、日本、法国等国家也基本上如此。煤层注水是我国最早采用的措施之一。此外还采用了在煤体中开槽卸压、诱导爆破和钻孔卸压等防治措施。但大多数矿井都是在结合本矿的技术和开采条件而采用综合的防治措施。目前国内外防治冲击地压的措施主要有煤岩体注水、钻孔卸压、深孔松动爆破、卸载诱导爆破、煤岩体掏槽卸压、顶板预断裂、巷道切槽卸压、加固软煤层、加强采掘支护、开采保护层、合理选择开采方法和安排采掘设计及工艺进度等。 相对而言,煤层注水是目前防治冲击地压行之有效的方法,在条件允许的情况下应优先采用。必须指出的是,综合防治措施的采用一般要根据本矿区煤层赋存的地质条件和现有的技术水平来确定。对矿区区域性冲击地压进行防治时,应当从合理安排采掘设计、选择合理的开采方法、开采保护层、顶底板处理和煤层预注水等方面考虑。而对局部性的冲击地压应以松动爆破,对煤岩体作开槽卸压、钻孔卸压、加固软分层等方面入手。建议在一般情况下,应先对煤层进行深孔松动爆破,再用已加润湿剂的水溶液对煤层作反复的间歇性的高压或静压注水,再辅以其它局部的解危措施。 4.3 冲击地压的预测预报 概括起来,预测预报煤岩体发生冲击地压或岩爆工作的方法可分为人工法和地球物理法两大类。在人工预测法中常用的有钻屑量法、煤岩体冲击倾向性鉴定、顶板及围岩压力和位移变化观测法。地球物理预测法可靠性较高,其中声发射AE 、微震监测、地应力及煤岩体应力监测和地电、地磁监测及地层层析成像分析是目前用来监测冲击地压或岩爆的重要方法,也是国内外今后开展预测预报工作的主要方向。 5结语 尽管世界各国对冲击地压的研究已有80 多年的历史,并提出了众多的冲击地压机理模型和预测预报及防治措施,但这些机理模型都还只能是实际的 一种近似,也只能从某一角度来解释冲击地压发生的机理。由于影响冲击地压和岩爆的因素复杂多样,从而导致冲击地压和岩爆的机理研究滞后于预测预报和防治工作。这表明机理模型的建立必须不断地与生产实际相结合,才能使其得到不断发展和完善。要想从根本上解决冲击地压问题,需要研究和探索的问题还很多,首先对冲击地压和岩爆机理的深入研究是极为必要的。实际上也只有从机理研究入手,搞清楚煤岩体发生冲击地压和岩爆的内在机制,才能做到准确预测预报和防治,进而从根本上降低冲击地压的危害程度。其次,应当继续加强对冲击地压矿区地应力场、煤围岩体中原岩应力测量与数值计算方法的研究,以便能对整个矿区范围内煤岩体发生冲击的危险区域做出准确的划分。此外,还要加强对监测技术和新的探测设备的开发与研究工作,主要是针对局部地质异常区域、煤体支承压力峰值影响区进行探测,掌握采掘工作面空间中煤围岩体的动态平衡状态,及时采取必要的防范措施,以破坏煤岩体发生冲击地压和岩爆的充要条件,达到安全生产的目的。 参考文献 [1]齐庆新,层状煤岩体结构破坏的冲击矿压理论与实践研究 博士学位论文 煤炭科学研究总院北京开采研究所,1996 [2]金立平,冲击地压的发生条件及预测方法的研究. 重庆大学,1992. [3]赵本均,滕学军. 冲击地压及其防治. 北京煤炭工业出版社,1995 [4]冲击地压科技情报分站. 冲击地压译文集. 1985 [5]煤炭工业部. 冲击地压煤层安全开采暂行规定. 1987 煤生字第337 号 文 [6]张万斌,王淑坤,滕学军. 我国冲击地压研究与防治的进展. 煤炭学报, 1992 [7]周瑞忠,岩爆发生的规律和断裂力学机理分析. 岩土工程学报,1995 [8]赵阳生,矿山岩石流体力学. 北京 煤炭工业出版社,1994. 2042 [9]章梦涛,冲击地压失稳理论与数值模拟计算. 岩石力学与工程学报, 1987 [10]费鸿禄,徐小荷,唐春安. 地下硐室岩爆的突变理论研究. 煤炭学报,1995 [11]李玉,赵国景. 煤层突出的突变模式. 北京科学大学学报,1995 [12]李世龙,浅谈冲击地压发生的主要因素及防治方法. 徐煤科技,1994 [13]尹光志,鲜学福. 冲击地压的区域危险性预测. 重庆大学学报,1996