煤礦沖擊地壓形成機(jī)理和防治措施研究

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1、煤礦沖擊地壓形成機(jī)理和防治措施研究　　摘要：沖擊地壓具有很大的破壞性，是影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素之一。本文分析了沖擊地壓形的機(jī)理并對沖擊地壓的防治做出簡要的探討。關(guān)鍵詞：沖擊地壓災(zāi)害防治安全生產(chǎn)沖擊地壓是指井巷或工作面周圍巖體，由于彈性變形能的瞬時釋放而產(chǎn)生突然劇烈破壞的動力現(xiàn)象，常伴有煤巖體拋出、巨響及氣浪等現(xiàn)象。破壞性極大，是影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素之一。目前沖擊地壓災(zāi)害事故得到好轉(zhuǎn)，但是仍時有發(fā)生。1沖擊地壓發(fā)生的機(jī)理對沖擊地壓成因和機(jī)理的解釋主要有強(qiáng)度理論、能量理論、沖擊傾向理論和失穩(wěn)理論。1.1、強(qiáng)度理論較堅硬的頂?shù)装蹇蓪⒚后w夾緊，阻礙了深部煤體自身或煤體圍巖交界處

2、的變形。由于平行于層面的摩擦阻力和側(cè)向阻力阻礙了煤體沿層面的移動，使煤體更加壓實，承受更高的壓力，積蓄較多的彈性能。在煤體夾持帶內(nèi)，壓力高、并儲存有相當(dāng)高的彈性能，高壓帶和彈性能積聚區(qū)可位于煤壁附近。一旦高應(yīng)力突然加大或系統(tǒng)阻力突然減小時，煤體可產(chǎn)生突然破壞和運(yùn)動，拋向已采空間，形成沖擊地壓。61.2、能量理論當(dāng)?shù)V體與圍巖系統(tǒng)的力學(xué)平衡狀態(tài)破壞后所釋放的能量大于其破壞所消耗能量時，就會發(fā)生沖擊地壓。1.3、沖擊傾向理論發(fā)生沖擊地壓的條件是煤體的沖擊傾向度大于實驗所確定的極限值?？衫靡恍┰囼灮?qū)崪y指標(biāo)對發(fā)生沖擊礦壓可能程度進(jìn)行估計或預(yù)測，這種指標(biāo)的量度稱為沖擊傾向度。其條件是：介

3、質(zhì)實際的沖擊傾向度大于規(guī)定的極限值。1.4、失穩(wěn)理論我國一些學(xué)者認(rèn)為：根據(jù)巖石全應(yīng)力——應(yīng)變曲線，在上凸硬化階段，煤、巖抗變形（包括裂紋和裂縫）的能力是增大的，介質(zhì)是穩(wěn)定的；在下凹軟化階段，由于外載超過其峰值強(qiáng)度，裂紋迅速傳播和擴(kuò)展，發(fā)生微裂紋密集而連通的現(xiàn)象，使其抗變形能力降低，介質(zhì)是非穩(wěn)定的。在非穩(wěn)定的平衡狀態(tài)中，一旦遇有外界微小擾動，則有可能失穩(wěn)，從而在瞬間釋放大量能量，發(fā)生急劇、猛烈的破壞，即沖擊地壓。2沖擊地壓的影響因素2.1、地質(zhì)因素6開采深度的加大使地應(yīng)力值增加。一般在達(dá)到一定開采深度后才開始發(fā)生沖擊地壓，總的趨勢是隨采深增加，沖擊危險性增加。這主要是由于隨采深增加

4、，原巖應(yīng)力增大的緣故。地質(zhì)構(gòu)造如褶曲、斷裂、煤層傾角及厚度突然變化等也影響沖擊地壓的發(fā)生。煤層傾角和厚度局部突然變化地帶，實際是局部地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力積聚地帶，因而極易發(fā)生沖擊地壓。2.2、開采技術(shù)因素開采多煤層時，任何造成應(yīng)力集中的因素，如開采程序不合理、本層回采不干凈、相鄰兩層開采錯距不合適等，均對防治沖擊地壓不利。國內(nèi)外大量實踐表明，沖擊地壓往往伴隨著井下生產(chǎn)過程的某些工序（如爆破、冒頂、采煤等）而發(fā)生，這些因素本身的能量很小，但其誘發(fā)沖擊地壓而釋放的能量及其破壞性卻很大。3沖擊地壓災(zāi)害防治措施3.1沖擊地壓的預(yù)測我國《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定：“開采沖擊地壓煤層時，沖擊危險程度和采

5、取措施后的實際效率，可采用鉆粉率指標(biāo)法、地音法、微震法等方法確定”。目前沖擊地壓災(zāi)害預(yù)測方法主要有①、WET法②、彈性變形法，在載荷不小于強(qiáng)度極限80%的條件下，用反復(fù)加載和卸載循環(huán)得到的彈性變形量與總變形量之比（K），作為衡量沖擊傾向度的指標(biāo)。③、煤巖強(qiáng)度和彈性系數(shù)法，是用煤巖的單向抗壓強(qiáng)度或彈性模量的絕對值，作為衡量沖擊傾向度的指標(biāo)。④鉆粉率指標(biāo)法，用小直徑（42mm～45mm）鉆孔，根據(jù)打鉆不同深度時排出的鉆屑量及其變化規(guī)律來判斷巖體內(nèi)應(yīng)力集中情況，鑒別發(fā)生沖擊地壓6的傾向和位置。⑤地音、微震監(jiān)測法，用微震儀或拾震器連續(xù)或間斷地監(jiān)測巖體的地音現(xiàn)象。根據(jù)測得的地音波或微震波的

6、變化規(guī)律與正常波的對比，判斷煤層或巖體發(fā)生沖擊傾向度。⑥工程地震探測法，用人工方法造成地震，探測這種地震波的傳插速度，編制出波速與時間的關(guān)系圖，波速增大段表示有較大的應(yīng)力作用，結(jié)合地質(zhì)和開采技術(shù)條件分析、判斷發(fā)生沖擊地壓的傾向度。3.2沖擊地壓災(zāi)害防治防治沖擊地壓的措施的有兩方面：一是降低應(yīng)力的集中程度；二是改變煤巖體的物理力學(xué)性能，以減弱積聚彈性能的能力和釋放速率。①、降低應(yīng)力的集中（1）、超前開采保護(hù)層；（2）、無煤柱開采，在采區(qū)內(nèi)不留煤柱和煤體突出部分，禁止在鄰近層煤柱的影響范圍內(nèi)開采；（3）、合理安排開采順序，避免形成三面采空狀態(tài)的回采區(qū)段或條帶和在采煤工作面前方掘進(jìn)巷道

7、，必要時應(yīng)在巖石或安全層內(nèi)掘進(jìn)巷道，禁止工作面對采和追采。②、采用合理的開拓布置和開采方式6合理的開拓布置和開采方式對于避免應(yīng)力集中和疊加，防止沖擊地壓關(guān)系極大。大量實例證明，多數(shù)沖擊地壓是由于開采技術(shù)不合理而造成的。不正確的開拓開采方式一經(jīng)形成就難于改變，臨到煤層開采時，只能采取局部措施，而且耗費很大，效果有限。所以，合理的開拓布置和開采方式是防治沖擊地壓的根本性措施。③、開采解放層研究結(jié)果表明，在保護(hù)角內(nèi)煤頂?shù)装鍑鷰r應(yīng)力得到較大范圍和幅度的降低，直接底、直接頂、基本頂應(yīng)力降低