冲击矿压及防治.ppt

第八章冲击矿压及防治,,一、冲击矿压及其特点1、冲击矿压发生在高应力区井巷、回采工作面围岩体内，以突然、急剧、猛烈破坏为特征的矿压动力现象。2、特点突发性无明显前兆，发生时间短；瞬时震动性过程急剧，似爆炸，有强烈震动；巨大破坏性常造成惨重伤亡和巨大损失；复杂性发生范围广泛。,3、冲击矿压分类1）按冲击强度分2）按抛出煤量分,弹射单个碎块射落，微冲击现象；矿震内部冲击，不外抛，外观为震动、煤炮；弱冲击煤岩抛出，规模及破坏性不大；强冲击煤岩大量抛出，破坏严重。,,Ⅰ级轻微冲击（10t以下）Ⅱ级中等冲击（1050t）Ⅲ级强烈冲击（50t以上）,,4、冲击矿压的危害1）对井下巷道强冲击将大量破坏煤岩抛入巷道，破坏巷道支护系统及围岩结构。小型冲击影响不大。2）对井下人员遭受突然伤害，现场人员大多遭受脑部受伤，其次是胸部机械受伤，内部器官损伤等。3）对地表建筑冲击伴发矿震，对地表可造成震害。,二、冲击矿压发生机理1、强度理论煤、岩体发生冲击矿压，是由于所受应力超过其强度所致。（夹持煤体理论夹持使煤体具有更高弹性能，一旦应力突然加大，或系统阻力突然减小，发生冲击）2、能量理论煤、岩体受力积蓄弹性能，当系统破坏时，消耗能量少于积蓄能量时，多余能量促使发生冲击。（似炸弹爆炸杀伤原理）,3、冲击倾向理论煤、岩体发生冲击是几个方面性能的反映，当某性能达到冲击引发标准时，可发生冲击。冲击倾向度煤、岩产生冲击破坏的能力。弹性变形指数；有效冲击能指数；极限刚度比；破坏速度指数。,依三种理论有三个准则强度准则能量准则冲击准则,全部应力大于强度,煤岩释放能量大于消耗能量,冲击倾向度大于实验临界值,第一个为破坏准则，后两个为突然破坏准则。同时满足三个准则，才可能发生冲击。,三、冲击矿压影响因素影响因素1、地质条件影响采深；煤岩力学性质；顶板岩层结构；地质构造,,自然地质条件（原岩应力、煤岩力学性质）开采技术条件（局部应力集中）组织管理措施（作业质量、技术设备）,,1）采深体积变形能形状变形能,可见H越大，体积能越大，越容易冲击,破坏煤并使其运动,消耗于塑性变形,冲击发生采深,式中应力状态系数c体积能变形常数,一般H≤350m不发生冲击矿压；350m＜H≤500m危险增大；H≥500m冲击危险急剧增加。,采深与冲击矿压发生频次关系,2）煤岩力学性质煤的冲击倾向性指标,任何煤层均可发生冲击；煤越脆硬，所需冲击能越小，越容易发生冲击。,冲击能指数弹性能指数动态破坏时间,,冲击能指数全应力应变曲线，峰前能量与峰后能量之比。（比值越大，则冲击能力越大）,弹性能指数单压破坏前，弹性能与塑性消耗能之比。（弹性能所占比重越大，则冲击可能性越大）动态破坏时间单压时，从极限载荷到完全破坏所经历的时间。（破坏时间越短，则越容易发生冲击）,弹性能指数计算图动态破坏时间曲线,煤冲击倾向鉴定指标值,煤层含水，可增加塑性，减小弹性能积存，减缓冲击危险。厚煤层比薄煤层更容易发生冲击。,3）顶板岩层结构具有厚层坚硬砂岩顶板是发生冲击矿压的主要原因。煤层内弹性能,体积弹性能变形弹性能顶板弯曲弹性能,,顶板弯曲能计算图,4）地质构造影响冲击多发地点向斜轴处；断层附近；煤层倾角变化处；构造应力带。,2、开采技术影响,影响分两类,产生高应力区煤柱、采空边缘、孤岛、采序；减小阻力放炮、截煤。,,1）采序影响煤岩体内应力分布；采向采面向采空区方向推采，易发生冲击；2）上层煤柱、停采线推进、穿过时冲击危险大；3）采空区距采空区2030米，冲击危险大；4）开采面积开采面积大，冲击危险增大。,冲击矿压发生在巷道多（72.6），发生在采场少（27.4）在残采区、停采线、断层及超采处发生冲击多（89）,四、冲击矿压预测方法1、综合指数法实质对已发生冲击矿压进行统计，分析其各方面影响因素并确定各因素的影响权重，综合建立预测预报指标。1）地质因素指数,第i个因素实际影响指数第i个因素最大影响指数地质因素冲击危险指数,2）开采因素指数,第i个开采因素实际危险指数第i个开采因素最大危险指数开采因素冲击危险指数,3）危险等级评定综合指数,无冲击弱冲击中等冲击强冲击不安全,,2、钻屑法实质通过钻孔排粉量的变化确定支承压力的特征，从而确定冲击的可能性。（钻孔排粉量与支承压力具有定量关系）,钻屑量指数,钻出煤量正常排粉量,五、冲击矿压的防治1、防范措施主要解决开采技术不合理问题1）开拓布置应有利于开采解放层；2）最大限度避免形成煤柱高应力区；3）避免工作面相向开采；4）工作面由断层、褶曲轴始采；5）巷道布置在底板岩层或无冲击危险煤层；6）采用长壁无煤柱全部垮落法；7）选择整体性强的可缩性支架。,2、解危措施主要解决卸压降能问题1）卸压爆破,震动卸压爆破撤人、引发、移压。震动落煤爆破撤人、引发、落煤移压。震动卸压落煤爆破长钻孔爆破、合一。顶板爆破长短钻孔爆破，降能、引发。,,2）煤层注水,短钻孔注水机道，间距610米，孔深10米，影响生产。长钻孔注水巷道，超前60米，间距1020米，孔深为面长，薄煤层难用。联合注水长短结合。,,3）钻孔卸压释放弹性能，消除应力升高区。4）定向裂缝释放弹性能，降低冲击危险。a.定向水力裂缝在短时间内，人为用高压水将煤、岩体破坏。（轴向、周向）b.定向爆破裂缝由炸药替代高压水，造成煤、岩体产生裂缝。（轴向、周向）,