1、沖擊地壓理論與技術(shù)第1頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一提 綱 1 基本概念2 基本理論3 沖擊地壓預(yù)測(cè)與防治技術(shù)4 沖擊地壓實(shí)例第2頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一1 基本概念沖擊地壓沖擊傾向性沖擊危險(xiǎn)性沖擊地壓、巖爆、礦震沖擊地壓預(yù)測(cè)沖擊地壓防治第3頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一沖擊地壓: 礦山井巷和采場(chǎng)周?chē)簬r體由于變形能釋放而產(chǎn)生的以突然、急劇、猛烈的破壞為特征的動(dòng)力現(xiàn)象。 礦山壓力現(xiàn)象，特殊的礦山壓力現(xiàn)象。 沖擊地壓、頂板大面積來(lái)壓、巖爆、礦震、煤與瓦斯突出、地表突然塌陷等現(xiàn)象，由于其發(fā)生過(guò)程突然，且具有典型的動(dòng)

2、力特征，通常情況下，統(tǒng)稱(chēng)為礦山動(dòng)力現(xiàn)象。 第4頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一巷道沖擊地壓描述第5頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一沖擊地壓、巖爆、礦震沖擊地壓：煤巖體在高應(yīng)力作用下產(chǎn)生的動(dòng)力破壞現(xiàn)象。巖 爆：高地應(yīng)力下硬脆性圍巖因彈性應(yīng)變能突然釋放 而產(chǎn)生的爆裂、剝落、彈射甚至拋擲。 礦 震：采礦活動(dòng)而引起的誘發(fā)地震。既有聯(lián)系，又有顯著差異震級(jí)、烈度、震源分級(jí)分類(lèi)：應(yīng)以破壞為主失穩(wěn)、破壞、過(guò)程、局部性第6頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一巖爆現(xiàn)象描述 第7頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一沖擊傾向性沖擊

3、危險(xiǎn)性沖擊地壓預(yù)測(cè)沖擊地壓防治不是單一的概念！第8頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一沖擊地壓發(fā)生機(jī)理 強(qiáng)度理論、能量理論、沖擊傾向性理論、變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論、三準(zhǔn)則理論、三因素理論等等。沖擊地壓基礎(chǔ)理論 現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論突變理論、混沌理論 現(xiàn)代力學(xué)理論斷裂與損傷、彈塑性力學(xué)2 基本理論第9頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一“三因素”理論內(nèi)在因素（沖擊傾向性）力源因素（采動(dòng)應(yīng)力集中）結(jié)構(gòu)因素（弱面軟層結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)因素是三因素理論的關(guān)鍵所在!第10頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一組合煤巖的摩擦滑動(dòng)失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)巖石材料的摩擦滑動(dòng)性狀：兩種滑動(dòng)特

4、性，即穩(wěn)定滑動(dòng)和粘滑實(shí)際發(fā)生沖擊地壓的煤巖體 ：“三硬”結(jié)構(gòu) ，且在頂板與煤層之間存在著一層較薄的粉狀軟煤實(shí)際沖擊地壓多發(fā)生在斷層、背向斜構(gòu)造及煤層變薄帶附近 沖擊后主要表現(xiàn)為煤體的沖出 第11頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一三種試樣砂巖砂巖砂巖煤煤煤試樣 三種試樣示意圖第12頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一砂巖砂巖試樣摩擦滑動(dòng)曲線(xiàn) 砂巖煤試樣摩擦滑動(dòng)曲線(xiàn) 煤煤試樣摩擦滑動(dòng)曲線(xiàn)分析結(jié)果：砂巖煤試樣： 粘滑現(xiàn)象砂巖砂巖 煤煤試樣： 穩(wěn)定滑動(dòng)狀態(tài) 第13頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一 （a）組合模型；（b）、（c）組合模型承

5、壓破壞的狀況組合模型破壞前后的狀況第14頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一 某礦煤的動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間曲線(xiàn) 某礦煤的沖擊能量曲線(xiàn) 某礦煤的彈性能量曲線(xiàn)對(duì)比 第15頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一沖擊地壓預(yù)測(cè) 采用具體的方法和裝備預(yù)測(cè)何時(shí)何地會(huì)不會(huì)發(fā)生沖擊地壓，破壞性如何？ 采動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)、鉆屑法、地音與微震、電磁輻射等沖擊地壓防治 對(duì)具有沖擊危險(xiǎn)的區(qū)域?qū)嵤┚唧w措施以降低沖擊危險(xiǎn)性。 合理開(kāi)拓布置、保護(hù)層開(kāi)采、煤巖層注水、煤層卸載爆、深孔斷頂爆破等。3 沖擊地壓預(yù)測(cè)與防治第16頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一4.1 華豐煤礦巨厚砂礫巖

6、堅(jiān)硬頂板沖擊地壓華豐煤礦沖擊地壓主要發(fā)生在4層煤，四層煤的單軸抗壓強(qiáng)度為21.75MPa，其直接頂為49 m的粉砂巖，單軸抗壓強(qiáng)度為69.6 MPa，單軸抗拉強(qiáng)度為3.81 MPa。老頂總厚度為78 m，其中第一分層22 m，為中細(xì)和中粗砂巖，第二分層厚56 m，為中細(xì)砂巖。老頂之上為70 m泥巖和紅土層，紅土層之上為500 m以上的堅(jiān)硬砂礫巖。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，華豐煤礦4層煤的動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間DT為3046ms，彈性能量指數(shù)為1016，沖擊能量指數(shù)為4.95.1，頂板巖層的彎曲能量指數(shù)為49KJ。即4層煤具有嚴(yán)重的沖擊傾向性，頂板巖層具有中等沖擊傾向性。4 沖擊地壓實(shí)例第17頁(yè)，共30頁(yè)，2022年

7、，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一華豐“3.11”沖擊事故平面圖第18頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一4.2 深部開(kāi)采非堅(jiān)硬頂板條件沖擊地壓隨著厚及特厚煤層的綜采放頂煤、大采高等高強(qiáng)度開(kāi)采技術(shù)的推廣應(yīng)用，發(fā)生沖擊地壓礦井的煤巖層結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的改變，即不僅在堅(jiān)硬頂板條件下發(fā)生沖擊地壓，而且在非堅(jiān)硬頂板條件下也相繼發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害，甚至由此引發(fā)更為嚴(yán)重的瓦斯或煤塵爆炸災(zāi)害。例如， 2003年淮北蘆嶺煤礦“5.13”因頂板沖擊引起采空區(qū)瓦斯噴出導(dǎo)致瓦斯爆炸事故，2004年陜西陳家山煤礦 “11.28”綜放開(kāi)采自然發(fā)火引發(fā)瓦斯爆炸事故，2005年遼寧孫家灣煤礦“2.14” 綜放

8、開(kāi)采引發(fā)礦震導(dǎo)致的瓦斯爆炸事故。 第19頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一孫家灣”2.14”事故背向斜第20頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42煤壁前方煤體與煤壁距離/m綜放開(kāi)采、中硬頂板綜放開(kāi)采、堅(jiān)硬頂板分層開(kāi)采、中硬頂板分層開(kāi)采、堅(jiān)硬頂板大采高采、中硬頂板大層開(kāi)采、堅(jiān)硬頂板3633302724211815129630工作面超前支承壓力/MPa不同采法條件下初采期間工作面超前支承壓力分布規(guī)律曲線(xiàn)第21頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一3 0 3

9、6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42煤壁前方煤體與煤壁距離/m33302724211815129630工作面超前支承壓力/MPa不同采法條件下正常推采期間工作面超前支承壓力分布規(guī)律曲線(xiàn) 第22頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一非堅(jiān)硬頂板條件下沖擊地壓發(fā)生由于開(kāi)采深度較大，應(yīng)力水平相對(duì)較高，發(fā)生沖擊地壓的應(yīng)力條件較淺部開(kāi)采時(shí)容易滿(mǎn)足；即使頂板為非堅(jiān)硬頂板，但由于煤層所具有的沖擊傾向性等，本身就具備了發(fā)生沖擊地壓的潛在危險(xiǎn)；不同開(kāi)采方法使煤巖體的采動(dòng)條件不同，但綜放開(kāi)采和大采高開(kāi)采由于煤巖體中的應(yīng)力集中程度相對(duì)有所降低，且應(yīng)力峰值位置更靠近

10、煤體深部，更有利于防止沖擊地壓的發(fā)生和降低沖擊所造成的破壞；相同開(kāi)采深度和煤巖層條件下，分層開(kāi)采發(fā)生沖擊危險(xiǎn)性更大，沖擊地壓災(zāi)害的破壞性更加嚴(yán)重。第23頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一4.3 急傾斜特厚煤層開(kāi)采沖擊地壓華亭煤礦開(kāi)采10號(hào)煤層，煤層傾角45，平均厚度51.51m，走向長(zhǎng)度1200m，屬急傾斜特厚易燃煤層。 10號(hào)煤層偽頂巖性為碳質(zhì)泥巖及砂巖，賦存不穩(wěn)定；直接頂為砂巖或粉砂巖，厚度1.2619.5m，易垮落，塊度大；老頂為粉砂巖及細(xì)砂巖；煤層底板為泥質(zhì)膠結(jié)的中-細(xì)砂巖。礦井地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)大的褶曲和斷層。2004年6月8日11時(shí)30分，在509回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面發(fā)生了嚴(yán)重的沖擊地壓事故，在距掘進(jìn)工作面120m范圍內(nèi)的巷道受到?jīng)_擊破壞 。 第24頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一“6.8”動(dòng)壓事故位置示意圖 巷道破壞后素描 第25頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一炮孔布置示意圖（a）垂直工作面推進(jìn)方向（b）沿工作面推進(jìn)方向第26頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)25分，星期一爆破前工作面前方應(yīng)力集中示意圖爆破后工作面前方應(yīng)力集