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1、咖臣圈山西煤炭第34卷第6期2014年6月SHANXICOAL文章編號(hào):1672—5050(2014)06—0006—02DOI:10.3969~.issn.1672—5050.2014.06.003沖擊地壓的發(fā)生機(jī)理與防治方法毛瑞彪,趙陽升(太原理工大學(xué)采煤工藝研究所,太原030024)摘要:隨著煤礦采掘深度和強(qiáng)度的不斷加大,沖擊地壓災(zāi)害愈發(fā)嚴(yán)重。沖擊地壓的發(fā)生是能量在煤巖體內(nèi)部積聚的結(jié)果,高應(yīng)力是沖擊地壓的充分必要條件。現(xiàn)有沖擊地壓防治方法都是通過卸圍壓來釋放煤巖體內(nèi)部積聚的能量,從而減弱煤巖體內(nèi)部的應(yīng)力集中,防治沖擊地壓現(xiàn)象。關(guān)鍵詞:沖擊地壓
2、;機(jī)理;能量;防治中圖分類號(hào):TD324文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A沖擊地壓是指南于丁作面的開采與巷道的掘或E=L.12G(單軸破壞破壞能量為=/2E,單軸剪進(jìn),引起煤(巖)內(nèi)局部高度的應(yīng)力集中,使煤(巖)體切破壞能量為/2G),三軸應(yīng)力狀態(tài)破壞所需能量:內(nèi)局部的彈性能量在時(shí)間上穩(wěn)定的積累并通過易傳由軸應(yīng)力破壞準(zhǔn)則——庫侖一莫爾準(zhǔn)則可得i軸播的路徑向弱勢(shì)面?zhèn)鬟f累積,在煤巖內(nèi)部不斷地產(chǎn)應(yīng)力下的破壞能量為:生軟弱結(jié)構(gòu),引起煤(巖)局部的破裂、損傷、失穩(wěn)與’’1滑動(dòng),當(dāng)受到某些外部擾動(dòng)后,煤(巖)儲(chǔ)存的彈性勢(shì)E3=[,+2+{一2v(l2+2l3)]/2E.能瞬間釋放
3、的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象通常只能持續(xù)幾秒至三軸應(yīng)力狀態(tài)下巖體破壞所余能量為:幾十秒,過程中會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng),并伴隨著大量的Wc=E3一Ef?煤(巖)塊拋出,是煤礦安全生產(chǎn)的嚴(yán)重威脅_ll。、稱為動(dòng)力破壞彈性余能。巖體從原始的維應(yīng)力狀態(tài)到?jīng)_擊地壓發(fā)生,整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部的能量是1沖擊地壓的破壞機(jī)理分析守恒的,彈性余能大部分情況下轉(zhuǎn)換為四周結(jié)構(gòu)體當(dāng)煤(巖)體在受到開掘擾動(dòng)后,在局部范圍內(nèi)的劇烈振動(dòng)和破碎巖體拋出時(shí)的動(dòng)能。從系統(tǒng)平衡應(yīng)力狀態(tài)從原始三維應(yīng)力狀態(tài)向二維或一維變化,的角度來講,沖擊地壓的發(fā)生使系統(tǒng)從一個(gè)高能量由于應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變,采掘面周圍的煤(巖)體相的平
4、衡狀態(tài)向一個(gè)低能量的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變,系統(tǒng)更于經(jīng)歷了卸罔壓的過程,隨著圍壓的降低,煤(巖)趨向于穩(wěn)定。體的脆性會(huì)逐漸的顯現(xiàn),煤(巖)內(nèi)部發(fā)生破壞巖體綜上所述,如果煤(巖)體原先處于很高的地應(yīng)力向碎裂結(jié)構(gòu)發(fā)展,巖體內(nèi)部產(chǎn)生次生軟弱結(jié)構(gòu)面,巖狀態(tài),根據(jù)庫侖一莫爾準(zhǔn)則,處于三維彈性平衡狀態(tài)體內(nèi)部所儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能會(huì)通過易傳播路徑累積在時(shí)的煤(巖)體所承載的應(yīng)力值越高,煤(巖)在原始應(yīng)這些弱勢(shì)面上,不斷加大軟弱結(jié)構(gòu)的范同,同時(shí)產(chǎn)生力狀態(tài)下賦存的彈性勢(shì)能越大,開采時(shí)能量時(shí)向四高度的應(yīng)力集中,此時(shí)的巖體已經(jīng)從原始靜力平衡周傳遞擴(kuò)散最后儲(chǔ)存在軟弱結(jié)構(gòu)面上的能量也就越態(tài)
5、過渡到了一種動(dòng)力平衡狀態(tài);在巖體受到一定的多,應(yīng)力集中的情況越嚴(yán)重,發(fā)生沖擊地壓幾率越外部擾動(dòng)時(shí)這種動(dòng)力平衡狀態(tài)會(huì)瞬間破壞,釋能量大,釋放的能量越多。這說明沖擊地壓不只會(huì)發(fā)生在將煤(巖)體向自由面拋出,造成事故。深部煤層,在淺部煤層如果構(gòu)造應(yīng)力很大,也會(huì)產(chǎn)生由于煤的開采使煤巖體的應(yīng)力狀態(tài)向單向轉(zhuǎn)巖體較高的應(yīng)力承載,進(jìn)而發(fā)生沖擊地壓現(xiàn)象?;?,無論煤(巖)體在初始時(shí)以何種應(yīng)力狀態(tài)存在,破壞煤(巖)體所需消耗的能量等同于單向應(yīng)力狀態(tài)破2沖擊地壓的誘發(fā)因素11)影響因素。有堅(jiān)硬頂板、挖掘深度、地質(zhì)構(gòu)造壞時(shí)的破壞能量【21,即破壞所需最小能量l3l:=r廠:
6、/2E收稿日期:2014—03—21作者簡(jiǎn)介:毛瑞彪(1989一),男,山西定襄人,在瀆碩士研究生,從事礦山巖石力學(xué)研究:6第34卷第6期山西煤炭}大j素、煤體沖擊傾向性、構(gòu)造應(yīng)力集中等l41。隨著采深育程度不同,在一定時(shí)間內(nèi)煤體濕潤(rùn)程度差異性極的增加,直方向應(yīng)力增加,由于側(cè)向應(yīng)力的存在,大,影響解危、減震的效果。水平應(yīng)力也增大,煤(巖)體承載的應(yīng)力增大,其內(nèi)部3)深孔控制爆破。先向煤層深部打鉆孔,通過鉆賦存的能量也增大;沖擊傾向性越強(qiáng),煤(巖)體更易孔安放炸藥,引爆炸藥后,產(chǎn)生沖擊波和振動(dòng),使藥發(fā)生沖擊地壓;愈是堅(jiān)硬的煤巖,煤巖的脆性愈大,包周圍
7、煤體產(chǎn)生破裂,結(jié)構(gòu)變的松散,解除沖擊危塑性愈小,其斷裂往往是突發(fā)性的,所釋放的能量也險(xiǎn),從而防治沖擊地壓的發(fā)生。這種方法能夠快速的較大。起效,但爆破的位置應(yīng)選在中硬以上煤層中才能取2)促使沖擊地壓發(fā)生的因素可概括為內(nèi)部因素得較好的防治效果。和外部岡素。內(nèi)部因素有:煤巖的沖擊傾向性,高度4)水力割縫卸壓是一種防治沖擊地壓的新興方應(yīng)力集巾,煤巖體自身的力學(xué)特性和煤巖體內(nèi)部軟法I61。水力割縫是通過高壓水射流對(duì)煤體沖剝,在煤弱結(jié)構(gòu)與易滑移結(jié)構(gòu)面等。外部因素有:構(gòu)造應(yīng)力,體內(nèi)橫向產(chǎn)生40~60Ynm高,1.5~2.0m寬的縫隙,釋地質(zhì)條件和開采作業(yè)的擾動(dòng)等
8、。歸咎沖擊地壓產(chǎn)生放煤體積攢的能量,從而降低巖體內(nèi)部的應(yīng)力集中。原因,高度的應(yīng)力集中所產(chǎn)生的彈性能累積,是產(chǎn)生李超等l7l