冲击地压课件.ppt

一、简述1.随着我国煤炭资源向深部发展，开采中的出现的各种技术问题日趋严重。其中，最显著的是，巷道变形严重，冲击矿压发生的比例逐渐增加。冲击矿压是由于地下开采引起的，所以它的形成与地质工程环境和开采活动有关。关于煤矿冲击矿压形成的机理国内外研究较多，但没有形成统一认识。目前，难以用一种理论，来解释各类冲击矿压现象，并准确的预测出冲击矿压发生的时间和地点。,五、冲击地压机理的研究,目前，对冲击地压机理的研究很多，但各种冲击矿压机理的研究的共性为，冲击地压与力、能量和煤岩的冲击倾向性有关。由冲击地压形成的过程可以看出，冲击矿压表现为能量的突然释放，但本质是由于应力高度集中的结果。因此，结合岩体动力破坏的最小能量原理，同时考虑时间效应，冲击矿压形成的机理为,式中Εmax－某一区域，煤岩体在高应力作用下，积聚在强度相对较低的煤岩体内的最大能量；ｆ－使煤岩系统发生破坏，形成冲击矿压动力事件的力的总和；Ｒｍｉｎ－移动局部已破坏后的煤岩体所需的最小能量。,六、忻州窑煤矿沿空巷道冲击矿压概况,冲击地压发生过程2004年11月30日，8518工作面回采期间推进到1310.7米时，在距工作面辅助顺槽煤壁前方66米处，30米范围内，伴随着巨大的声响和大量的煤尘，实体煤侧煤体发生瞬间突出，突出范围在1.5～2m左右。冲击矿压产生的巨大能量将顺槽内移动变电站的7个车盘子掀翻，造成工作面停产。突出的煤体与顶板发生离层，形成一条100～200mm明显的裂缝，向实体煤方向延深5米以上。,2005年5月13日凌晨，东三11层集中轨道巷、集中回风巷8518工作面对应段发生冲击地压，集中轨道巷发生底鼓，底鼓段长90多米，最大底鼓高度0.7米，从皮带头到8518中间Ⅱ巷一段炸邦严重，局部炸深2米多，锚栓、网全部炸出，8518皮带头风桥压塌，风流发生短路，两中间巷、尾巷风桥、风门压裂，回风巷两邦炸出的浮煤基本将巷道堆满，回风巷风流严重不畅，这次冲击地压也是比较严重的一次。,冲击地压的成因分析,,自然因素的分析,煤岩体内应力分析,,,煤层厚度的变化,冲击地压发生次数,坚硬顶板的影响,煤岩体的冲击倾向,实体煤侧应力分布,开采深度的变化,老顶周期来压影响,支护方式的确定,,忻州窑煤矿8518工作面巷道支护方式,,8518工作面顶板大面积悬顶，当顶板断裂周期来压的时候，加速了压裂面的形成。当塑性区能量的积聚超过移动相当于处于单向应力状态下的煤体时，此时，断层内的残余构造应力转化成巨大的水平推力，从而将煤体推向回风巷巷道内，形成冲击矿压，如图4中的B图所示，使煤岩体的能量全部释放或部分释放，系统内的能量达到新的平衡状态。,七、冲击地压的预测和预报,冲击矿压的预报措施包括对冲击矿压发生的时间、空间和规模的预测，分为人工和地球物理方法两大类人工法包括钻屑法、煤岩体冲击倾向性测定、顶底板围岩压力和位移变形观测法等；地球物理方法预测的可靠性较高，主要是声发射（AE）、微震监测、地应力及煤岩体应力监测，及电磁辐射监测技术等。,1、顶板动态法冲击地压发生前是有预兆的，表现为煤岩层向采空区运动加剧；顶板岩层断裂声加剧，采空区有雷声，顶板下沉，煤壁片帮，有炮声；打煤层眼时，钻杆卡住往往不易拔出，支柱折断，柱帽压缩，金属支柱卸锁等；采煤工作面和巷道压力有明显的增大现象。只要认真观察分析，掌握其规律，就能及时进行预报。,冲击地压的预测方法,2.电磁辐射仪掘进或回采空间形成后，工作面前方煤体内应力失去平衡，处于不稳定状态。煤壁中的煤体发生变形或破裂，以达到新的应力平衡状态。在此破坏过程中，组成煤岩体基本微元之间的电引力场会发生变化，并向外辐射电磁波。电磁辐射与煤岩流变破坏之间具有很好的相关性。电磁辐射的频谱随着载荷及变形破裂强度的增加而增高。电磁辐射强度和脉冲数随着载荷的增大而增强，随着加载及变形速率的增加而增强。,2005年4月份在8518回风巷1500m处断层进行了长时间的电磁辐射监测，电磁辐射强度值偏大，脉冲数较高，同时在该段电磁辐射强度和脉冲数呈现出明显的大小交替变化的规律性。这充分反应出煤岩体在高应力作用下的变形破坏规律，即深部煤岩体能量聚集、转移和释放的过程，同时也说明巷道该段存在有冲击危险性,2.钻屑法钻屑法通过在煤层中打直径为42～50mm的钻孔，钻孔周围将逐渐过渡到极限应力状态，相应在打钻过程中响声和微冲击强度升高，孔径扩大，钻屑量也异常增多，钻屑粒度增大.当在预计有冲击危险的地点测定的煤粉结果与标准煤粉量的差值超过正常值50以上，则表明该区域已具有冲击危险性，必须立即采用冲击危险解危措施进行卸压处理。,忻州窑煤矿采用功率为1.5KW的手持煤电钻打钻,钻孔深度为7m。实测的煤粉量均超过了标准煤粉量的50以上，特别是在进钻至6m以后，煤粉量增加较多。煤粉量远远超出标准煤粉量的数值，表明8518回风巷煤体应力比较集中，说明该地段存在有冲击倾向性。,九、防治冲击地压采用的治理措施,1.钻孔卸压钻孔卸压是利用钻孔方法消除或减缓冲击地压危险的解危措施。此法基于施工钻屑法钻孔时产生的钻孔冲击现象。钻进愈接近高应力带，由于煤体积聚能量愈多，钻孔冲击频度越高，强度也越大。尽管钻孔直径不大，但钻孔冲击时煤粉量显著增多。因此每一个钻孔周围形成一定的破碎区，当这些破碎区互相接近后，便能使煤层破裂卸压。,钻孔卸压的实质是利用高应力条件下，煤层中积聚的弹性能来破坏钻孔周围的煤体，使煤层卸压、释放能量，消除冲击危险。在8518辅助顺槽内共施工卸压孔6个，孔间距为1m，孔深8.3m－18.5m，钻孔直径为60mm。,2、煤层注水煤层注水是防治冲击矿压行之有效的方法。试验研究表明，水能够改变煤岩的力学性质，对煤岩的强度、变形和冲击倾向性有重要的影响。煤岩试样浸水后，含水率增加，孔隙率和泊松比增大，但强度和弹性模量降低，并在一定时间内，随浸水时间的延长而加剧。注水后，煤样多呈剪切破坏，试样破坏时声响小，无碎块抛射。同时煤的塑性增加，脆性减弱，煤岩蓄积弹性能的能力下降，以塑性变形方式消耗弹性能的能力增加，因此，煤的冲击倾向性大为减弱。由于煤层注水工艺比较简单，所需设备资金和材料较少，在我国煤矿中常被采用。,3、深孔松动爆破实践证明，如果在工作面前方和巷道两帮始终保持一个宽为5～10m的保护带，就能防止冲击矿压的出现。卸压爆破不仅可以在有冲击危险的工作面卸压，同时也可以在一定宽度的条带煤壁内破坏煤的结构，在工作面前方形成一条卸压保护带，使工作面不能积聚大量弹性能，隔绝工作空间与处于煤层深处的高应力区，达到防治冲击矿压的目的。深孔松动爆破卸压分为振动爆破卸压和顶板爆破卸压。,8518回风巷及保护煤柱上覆岩梁以砌体梁的形态存在。因此，采用顶板爆破卸压，可以将砌体梁破断，从而破坏坚硬老顶的整体性，减小老顶大面积悬露对煤柱和工作面前方煤壁的压力，使坚硬老顶断裂时的能量提前释放出来，从而减小冲击地压发生的可能性。,忻州窑煤矿深孔松动爆破卸压采用普通钻爆法施工，爆破卸压在巷道两帮进行。爆破卸压施工图见图5－3所示。实体煤侧炮眼单排布置，炮眼平行于底板、垂直于煤帮。炮眼深度7m，距底板1.2m，炮眼间距3m,3个炮眼为一组，炸药采用矿用乳胶炸药。顶部炮眼布置在煤柱侧，炮眼口距采空区侧帮300mm，炮眼深10m，间距3m，单排布置，与水平方向成750朝向8517采空区进行强制放顶。,