深部开采岩爆灾害的预测与控制.pdf

6 9 柬工案 技术 深部开采岩爆灾害的预测与控制 杨英 湖南工程职业技术学院 。 长沙 4 1 0 1 5 1 摘要 浅部资源的消耗殆尽决定 了深部开采 时地 下矿 山发展 的必然趋 势，而深部开采 中的岩爆动力学 灾害 问题是 困扰采矿安全 高效 生产 e ／ -- 大瓶 颈 通 过总结岩爆发 生机理 ，对岩爆 灾害发生预测方法 以及岩爆的防治技术进行探讨 ，提 出了可行性的预防对策。 关键 词深部开 采；岩爆机理 ；岩爆预测；岩爆防治 1 引言 目前世界浅部资源的消耗殆尽， 深部开采成为地下矿山发展的 必然趋势。随着深部采矿工程和深部隧道工程的不断深入发展，深 部开采中的岩爆动力学灾害问题成为了困扰采矿安全高效生产的一 大瓶颈。岩爆是完整性较好的弹脆性岩体在高地应力和外加扰动双 重作用下伴随着内部应变能释放的一种特殊岩体破坏的现象。岩爆 是深部采矿高地应力区危险性较大的灾害 ” 。 2 岩爆机理分析 岩爆是岩体内部弹性应变能的释放 ，产生的结果是岩体破坏 ， 引发深 部采矿 的安全 问题 。为 了深入揭 示岩爆 的形 成 ，目前岩爆 的 机 理主要有如下 四类 。 2 ． 1强度理论 该理论 认为地 下开采洞 室周 围开挖 后产生 集中应 力 ， 当岩体承 受的集中应力超过岩体的最大强度时， 岩爆将发生。但是 ，在深部 开采的巷道以及采场中，经常岩体承受的集中应力超过岩体的最大 承载强度而又没有出现岩爆的现象，这说明此理论的依据不充分 ， 它仅仅 只能用 于岩体 破坏 的判 断 ，不能 确定是 属于静 态破 坏还是属 于 动态破坏 。 2_2能量理论 C o o k 等根据岩爆发生时需消耗很多能量的事实，提出了发生岩 爆的能量理论，指出矿体 一 围岩体系在力学平衡状态受到破坏，如 果释放 的能量 大于 消耗 的能量 时 ，将 出现岩爆 。能量 理论 从能量 转 化的方面分析了岩爆的成因，也较好地解释了地震和岩石抛出等动 力现象 ，但没有指出平衡状态怎样才能打破的，也没有提出未围岩 释放 能量的条件 ，因此理论缺乏 的判别岩爆发生 的必要条件 。 2 ． 3刚度理论 C o o k等依据 刚性压力机试验提 出了刚度理论认为地层 结构 岩 体 的 刚度 大于地 层负荷 围岩 的刚度是产 生岩爆 的必要条 件。 设岩石的刚度是一个变量 ，在小于强度极限以前的刚度 k 为设 定为正值 ， 则超过强度极 限以后的刚度为 负值 k ， 如果 k ，将发生岩爆。刚度理论比较简单而且非常直观，虽然确定了岩爆 发生的必要条件，但忽略了煤岩物理力学性质对岩爆的影响；而且 矿体强度极限无法确定，此理论在实践中可操作性不强。 2 ． 4冲击倾向性理论 此理论根据测试岩石试样的一组冲击倾向性指标 ，通过测量的 指标值大小来评价岩体 自身的岩爆危险性，当指标值大于某个临界 值时将发生岩爆。但是岩爆的发生不仅与煤岩 自身属性有关，而且 还与煤岩物理力学性质、地质环境、开采技术等因素有关，因此该 理论下 的实验 数据不能代表各 种因素下 的岩爆 数据 。 3 岩爆预测方法 在深部开采中，岩爆的危害问题非常突出，目前一般采取如下 方法对岩爆进行预测 [1 - 7 ] o 3 ． 1 应力判据法 1 强度脆性系数法。岩石的单轴抗压强度与抗拉强度的比值 成为强度脆性系数。当强度脆性系数≤ 1 O ，没有岩爆发生 ； 当 1 0 1 8 ， 将 发生强烈岩爆 。 2 一 ／ R 判据法 。以洞壁 围岩 在外力作 用下产生 应力变 形 来计算，R 、o 、o 分别为岩石的单轴抗压强度、轴向应力和侧向应 力 ， 一 为围岩的最 大切 向应 力 一 0．1 0 “3，根 据 一 及其 岩 样的点荷载强度值 I ， 结合拉森斯岩爆烈度划分图 如图 1 ， 可 以实现对岩爆的分析和预测。 3 ． 2能量判据法 1 弹性应 变能储存指数法 。采用岩石单轴抗压 强度实验 ， 将 岩石试件加载到抗压强度最大值的 7 0 ％ 8 0 ％，然后再卸载到抗压强 度最 大值 的 5 ％ 时 ，卸 载时释 放 的弹性 应变 能和 耗损 的弹性 应变 能 顶板，而后攉煤清理浮煤。工作面通采面回煤结束后，对薄煤带区域 范围内岩石进行爆破回采，待溜煤眼内原煤放出后，再对岩石进行外 运。爆破岩石作业时采用在支架前柱煤壁侧吊挂废旧皮带对支架进行 保护，同时又减少了爆破后人工攉矸的工作量。对于崩落的大块岩石 要掀入老塘，分采分运期间原煤及矸石的运输由 矿调度室合理调配。 4结论 该 项 目对 于实 现资源枯 竭矿 井跨大 巷布置 回收 采区大 巷煤柱 提 供成功经验，具有很好的应用推广前景。从一定程度上增加了原煤 产量，提高了煤炭资源回收率，降低了生产成本，延长了资源枯竭 矿 井的服务 。对 资源枯竭矿井 提高企业经济 效益 ，保持企业 的持 续、 稳定 、健康 发展具有重要 意义。 参考文献 【 1 1 杨海彬 ． 煤柱悬移支架工作面跨大巷回采技术研究 【 J 1 ．内蒙古 煤炭 经济 ， 2 0 1 4 1 2 ． [ 2 ]崔振华 ．煤矿 开 采的巷道 布置与 采煤工 艺技 术分析 J ] ．山 东工 业技术 ， 2 0 1 4 2 2 ． [ 3 ]尧军，李化敏 ，蔡建德 ． 组合顶梁悬移支架在煤柱回采工作 面 的应用研究 [ J 】 ． 有 色 金属矿山部分 ， 2 0 0 8 ． [ 4 】秦 德 阳 ．跨 回风 大巷 回采 时的巷道 加 固及 变形分析 [ J ] ．江西煤 炭科技 ， 2 0 1 2 ．