Xi’anUniversityofScience&

Technology

LaiXingPing

第十章煤礦動(dòng)壓現(xiàn)象及其控制《礦山壓力與巖層控制》

第十章煤礦動(dòng)壓現(xiàn)象及其控制

第一節(jié)沖擊礦壓現(xiàn)象形成特點(diǎn)及分類第二節(jié)沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理第三節(jié)沖擊礦壓的預(yù)測預(yù)報(bào)及危險(xiǎn)性評(píng)定第四節(jié)沖擊礦壓的防治第五節(jié)頂板大面積來壓第一節(jié)沖擊礦壓現(xiàn)象形成特點(diǎn)及分類（一）沖擊礦壓現(xiàn)象

沖擊礦壓造成煤巖體振動(dòng)和煤巖體破壞，支架與設(shè)備損壞，人員傷亡，部分巷道垮落破壞，還會(huì)引發(fā)或可能引發(fā)其它礦井災(zāi)害，尤其是瓦斯、煤塵爆炸、火災(zāi)以及水災(zāi)，干擾通風(fēng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)造成地面震動(dòng)和建筑物破壞等，是煤礦重大災(zāi)害之一。（二）沖擊礦壓的特點(diǎn)（1）突發(fā)性（2）瞬時(shí)震動(dòng)性（3)巨大破壞性(4)復(fù)雜性

(三）沖擊礦壓分類沖擊礦壓按其顯現(xiàn)強(qiáng)度、釋放的能量等進(jìn)行分類,根據(jù)沖擊的顯現(xiàn)強(qiáng)度，可分為四類：

(1）彈射（2）礦震（3）弱沖擊（4）強(qiáng)沖擊

根據(jù)震級(jí)強(qiáng)度和考慮拋出的煤量，可將沖擊礦壓分為三級(jí)：（1）輕微沖擊(I級(jí))。拋出煤量在10t以下，震級(jí)在1級(jí)以下的沖擊礦壓。（2）中等沖擊(II級(jí))。拋出煤量在10~50t，震級(jí)在l~2級(jí)的沖擊礦壓。（3）強(qiáng)烈沖擊(III級(jí))。拋出煤量在50t以上，震級(jí)在2級(jí)以上的沖擊礦壓。第二節(jié)沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理

沖擊礦壓發(fā)生的物理過程，主要是說明煤、巖介質(zhì)變形破壞的力學(xué)過程，稱為沖擊礦壓的機(jī)理。目前對沖擊礦壓機(jī)理的認(rèn)識(shí)可主要概括為：強(qiáng)度理論能量理論沖擊傾向理論一、沖擊礦壓預(yù)測預(yù)報(bào)目標(biāo)

沖擊地壓的預(yù)測主要包括時(shí)間、地點(diǎn)和規(guī)模大小。目前主要采用的方法，包括根據(jù)采礦地質(zhì)條件確定沖擊礦壓危險(xiǎn)的綜合指數(shù)法，數(shù)值模擬分析法，鉆屑法等。采礦地球物理方法，包括微震法，聲發(fā)射法，電磁輻射法，振動(dòng)法，重力法等.第三節(jié)沖擊礦壓的預(yù)測預(yù)報(bào)及危險(xiǎn)性評(píng)定二、沖擊礦壓危險(xiǎn)性等級(jí)的劃分原則

根據(jù)沖擊礦壓發(fā)生的原因，沖擊礦壓的預(yù)測預(yù)報(bào)、危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及沖擊礦壓的治理，可以對沖擊礦壓的危險(xiǎn)程度按沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定可分為五級(jí)。

A.無沖擊危險(xiǎn)B.弱沖擊危險(xiǎn)C.中等沖擊危險(xiǎn)D.強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)E.不安全

圖10-1近距離波場記錄圖(微震法）

(a)振動(dòng)速度；(b)振動(dòng)加速度；?

速度頻譜；(d)加速度頻譜；

圖10-2聲發(fā)射信號(hào)的加速度和頻譜圖（地音法）

圖11-3沖擊礦壓前后電磁輻射值的變化規(guī)律（一）卸壓爆破

振動(dòng)爆破是一種特殊的爆破，它與爆破落煤不同。振動(dòng)炮的主要任務(wù)是爆破炸藥，形成強(qiáng)烈的沖擊波，使得巖體振動(dòng)。振動(dòng)炮要使振動(dòng)范圍最大，甚至是整個(gè)工作面長；在裝藥量一定的情況下，振動(dòng)效果最好。

振動(dòng)爆破有振動(dòng)卸壓爆破，振動(dòng)落煤爆破，振動(dòng)卸壓落煤爆破，頂板爆破。第四節(jié)沖擊礦壓的防治（二）煤層注水

圖11-4單向抗壓強(qiáng)度與其含水量的關(guān)系

（三）鉆孔卸壓圖11-5煤體鉆孔對應(yīng)力分布的影響示意圖（四）定向裂縫（1）定向水力裂縫法

定向水力裂縫法就是人為地在巖層中，預(yù)先制造一個(gè)裂縫。在較短的時(shí)間內(nèi)，采用高壓水，將巖體沿預(yù)先制造的裂縫破裂。壓力＞30MPa流量＞60L/min。

圖11-6周向預(yù)裂縫鉆頭示意圖

（2）定向爆破裂縫法定向爆破裂縫法的原理與定向水力裂縫法上法相同，不同處只是將高壓水換成了炸藥。其預(yù)裂縫也有周向和軸向之分。

第五節(jié)頂板大面積來壓一、頂板大面積來壓現(xiàn)象及特征

頂板大面積來壓時(shí)，一次冒落的面積少則幾千平方米，多則可達(dá)幾萬甚至十幾萬平方米。這樣大面積的頂板在極短時(shí)間內(nèi)冒落下來，不僅由于重量的作用會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊破壞力，而且更加嚴(yán)重的是把已采空間的空氣瞬時(shí)排出，形成巨大的暴風(fēng)，破壞力極強(qiáng)。二、頂板大面積來壓的成因和機(jī)理

在開采中難冒堅(jiān)硬頂板雖然懸露面積很大，但在自重應(yīng)力作用下，當(dāng)彎曲應(yīng)力值超過其強(qiáng)度極限時(shí)，也必將出現(xiàn)斷裂縫或使原生的細(xì)微裂隙擴(kuò)展。一旦這些裂縫貫穿堅(jiān)硬巖層時(shí)，則發(fā)生斷裂。此外，由于頂板大面積懸空，使采空空間形成扁平狹條孔，在煤柱上的頂板巖層內(nèi)產(chǎn)生巨大的切應(yīng)力，也將促使頂板被切斷。

大同局采用了鉆孔電視觀測方法，觀測了頂板的破壞和冒落情況。圖11-7堅(jiān)硬頂板前后活動(dòng)機(jī)理圖（1）頂板高壓注水

圖11-8頂板注水鉆孔布置方式及其參數(shù)三、頂板大面積來壓的防治措施（2）強(qiáng)制放頂強(qiáng)制放頂方法有以下幾種：

1.“循環(huán)式”淺孔放頂

2.“步距式”深孔放頂

3.臺(tái)階式放頂

4.超前深孔松動(dòng)爆破

5.地面深孔放頂

圖11-9“步距式”深孔爆破

圖11-10刀柱法的深孔放頂（3）預(yù)防暴風(fēng)措施

在有大面積