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1、冲击地压理论与技术 第1页，此课件共30页哦提 纲 n n1 1 基本概念基本概念n n2 2 基本理论基本理论n n3 3 冲击地压预测与防治技术冲击地压预测与防治技术n n4 4 冲击地压实例冲击地压实例第2页，此课件共30页哦1 基本概念基本概念n n冲击地压n n冲击倾向性n n冲击危险性n n冲击地压、岩爆、矿震n n冲击地压预测n n冲击地压防治第3页，此课件共30页哦冲击地压冲击地压:n n 矿山井巷和采场周围煤岩体由于变形能释矿山井巷和采场周围煤岩体由于变形能释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。征的动力现象。n n 矿山压
2、力现象，特殊的矿山压力现象。矿山压力现象，特殊的矿山压力现象。n n 冲击地压、顶板大面积来压、岩爆、矿震、冲击地压、顶板大面积来压、岩爆、矿震、煤与瓦斯突出、地表突然塌陷等现象，由于煤与瓦斯突出、地表突然塌陷等现象，由于其发生过程突然，且具有典型的动力特征，其发生过程突然，且具有典型的动力特征，通常情况下，统称为矿山动力现象。通常情况下，统称为矿山动力现象。第4页，此课件共30页哦巷道冲击地压描述巷道冲击地压描述第5页，此课件共30页哦冲击地压、岩爆、矿震冲击地压、岩爆、矿震冲击地压冲击地压冲击地压冲击地压：煤岩体在高应力作用下产生的动力破坏现象。煤岩体在高应力作用下产生的动力破坏现象。煤岩
3、体在高应力作用下产生的动力破坏现象。煤岩体在高应力作用下产生的动力破坏现象。岩岩岩岩 爆爆爆爆：高地应力下硬脆性围岩因弹性应变能突然释放高地应力下硬脆性围岩因弹性应变能突然释放高地应力下硬脆性围岩因弹性应变能突然释放高地应力下硬脆性围岩因弹性应变能突然释放 而产生的爆裂、剥落、弹射甚至抛掷。而产生的爆裂、剥落、弹射甚至抛掷。而产生的爆裂、剥落、弹射甚至抛掷。而产生的爆裂、剥落、弹射甚至抛掷。矿矿矿矿 震震震震：采矿活动而引起的诱发地震。采矿活动而引起的诱发地震。采矿活动而引起的诱发地震。采矿活动而引起的诱发地震。既有联系，又有显著差异既有联系，又有显著差异震级、烈度、震源震级、烈度、震源分级分
4、类：应以破坏为主分级分类：应以破坏为主失稳、失稳、破坏、破坏、过程、过程、局部性局部性第6页，此课件共30页哦岩爆现象描述岩爆现象描述 第7页，此课件共30页哦n n冲击倾向性冲击倾向性n n冲击危险性冲击危险性n n冲击地压预测冲击地压预测n n冲击地压防治冲击地压防治不是单一的概念！不是单一的概念！第8页，此课件共30页哦n n冲击地压发生机理冲击地压发生机理 强度理论、能量理论、冲击倾向性理论、变形强度理论、能量理论、冲击倾向性理论、变形系统失稳理论、三准则理论、三因素理论等系统失稳理论、三准则理论、三因素理论等等。等。n n冲击地压基础理论冲击地压基础理论 现代数学理论现代数学理论突变
5、理论、混沌理论突变理论、混沌理论 现代力学理论现代力学理论断裂与损伤、弹塑性力学断裂与损伤、弹塑性力学2 基本理论基本理论第9页，此课件共30页哦“三因素三因素”理论理论n n内在因素（冲击倾向性）内在因素（冲击倾向性）n n力源因素（采动应力集中）力源因素（采动应力集中）n n结构因素结构因素（弱面软层结构）（弱面软层结构）结构因素是三因素理论的关键所在结构因素是三因素理论的关键所在!第10页，此课件共30页哦n n组合煤岩的摩擦滑动失稳实验组合煤岩的摩擦滑动失稳实验l l岩石材料的摩擦滑动性状：两种滑动特性，即岩石材料的摩擦滑动性状：两种滑动特性，即稳定滑动和粘滑稳定滑动和粘滑l l实际发
6、生冲击地压的煤岩体实际发生冲击地压的煤岩体：“三硬三硬”结构结构，且在顶板与煤层之间存在着一层较薄的粉状，且在顶板与煤层之间存在着一层较薄的粉状软煤软煤l l实际冲击地压多发生在断层、背向斜构造及煤实际冲击地压多发生在断层、背向斜构造及煤层变薄带附近层变薄带附近 l l冲击后主要表现为煤体的冲出冲击后主要表现为煤体的冲出 第11页，此课件共30页哦n n三种试样三种试样砂岩砂岩砂岩砂岩砂岩煤砂岩煤煤煤试样煤煤试样 三种试样示意图三种试样示意图第12页，此课件共30页哦砂岩砂岩砂岩试样摩擦滑动曲线砂岩试样摩擦滑动曲线 砂岩砂岩煤试样摩擦滑动曲线煤试样摩擦滑动曲线 煤煤煤试样摩擦滑动曲线煤试样摩擦
7、滑动曲线n分析结果：l砂岩煤试样：粘滑现象l砂岩砂岩 煤煤试样：稳定滑动状态 第13页，此课件共30页哦 （a a）组合模型；（）组合模型；（）组合模型；（）组合模型；（b b）、（）、（）、（）、（c c）组合模型承压破坏的状况）组合模型承压破坏的状况）组合模型承压破坏的状况）组合模型承压破坏的状况组合模型破坏前后的状况组合模型破坏前后的状况第14页，此课件共30页哦 某矿煤的动态破坏时间曲线某矿煤的动态破坏时间曲线 某矿煤的冲击能量曲线某矿煤的冲击能量曲线 某矿煤的弹性能量曲线对比某矿煤的弹性能量曲线对比 第15页，此课件共30页哦l冲击地压预测冲击地压预测 采用具体的方法和装备预测何时何
8、地会不会发生冲采用具体的方法和装备预测何时何地会不会发生冲击地压，破坏性如何？击地压，破坏性如何？采动应力监测、钻屑法、地音与微震、电磁辐射等采动应力监测、钻屑法、地音与微震、电磁辐射等l冲击地压防治冲击地压防治 对具有冲击危险的区域实施具体措施以降低冲击危险性。对具有冲击危险的区域实施具体措施以降低冲击危险性。合理开拓布置、保护层开采、煤岩层注水、煤层卸载爆、深孔合理开拓布置、保护层开采、煤岩层注水、煤层卸载爆、深孔断顶爆破等。断顶爆破等。3 冲击地压预测与防治冲击地压预测与防治第16页，此课件共30页哦n n4.1 4.1 华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地
9、压华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压l l华丰煤矿冲击地压主要发生在华丰煤矿冲击地压主要发生在华丰煤矿冲击地压主要发生在华丰煤矿冲击地压主要发生在4 4层煤，四层煤的单轴抗压强度层煤，四层煤的单轴抗压强度层煤，四层煤的单轴抗压强度层煤，四层煤的单轴抗压强度为为为为21.75MPa21.75MPa，其直接顶为，其直接顶为，其直接顶为，其直接顶为49 m49 m的粉砂岩，单轴抗压强的粉砂岩，单轴抗压强的粉砂岩，单轴抗压强的粉砂岩，单轴抗压强度为度为度为度为69.6 MPa69.6 MPa，单轴抗拉强度为，单轴抗拉强度为，单轴抗拉强度为，单轴抗拉强度为3.81 MP
10、a3.81 MPa。老顶总厚度为。老顶总厚度为。老顶总厚度为。老顶总厚度为78 m78 m，其中第一分层，其中第一分层，其中第一分层，其中第一分层22 m22 m，为中细和中粗砂岩，第二分，为中细和中粗砂岩，第二分，为中细和中粗砂岩，第二分，为中细和中粗砂岩，第二分层厚层厚层厚层厚56 m56 m，为中细砂岩。老顶之上为，为中细砂岩。老顶之上为，为中细砂岩。老顶之上为，为中细砂岩。老顶之上为70 m70 m泥岩和红土层，泥岩和红土层，泥岩和红土层，泥岩和红土层，红土层之上为红土层之上为红土层之上为红土层之上为500 m500 m以上的坚硬砂砾岩。以上的坚硬砂砾岩。以上的坚硬砂砾岩。以上的坚硬砂
11、砾岩。l l经实验室测定，华丰煤矿经实验室测定，华丰煤矿经实验室测定，华丰煤矿经实验室测定，华丰煤矿4 4层煤的动态破坏时间层煤的动态破坏时间层煤的动态破坏时间层煤的动态破坏时间DTDT为为为为3046ms3046ms，弹性能量指数为，弹性能量指数为，弹性能量指数为，弹性能量指数为10161016，冲击能量指数为，冲击能量指数为，冲击能量指数为，冲击能量指数为4.95.14.95.1，顶板岩层的弯曲能量指数为，顶板岩层的弯曲能量指数为，顶板岩层的弯曲能量指数为，顶板岩层的弯曲能量指数为49KJ49KJ。即。即。即。即4 4层煤具层煤具层煤具层煤具有严重的冲击倾向性，顶板岩层具有中等冲击倾向性。
12、有严重的冲击倾向性，顶板岩层具有中等冲击倾向性。有严重的冲击倾向性，顶板岩层具有中等冲击倾向性。有严重的冲击倾向性，顶板岩层具有中等冲击倾向性。4 冲击地压实例冲击地压实例第17页，此课件共30页哦华丰华丰“3.11”冲击事故平面图冲击事故平面图第18页，此课件共30页哦n n4.2 深部开采非坚硬顶板条件冲击地压深部开采非坚硬顶板条件冲击地压l l随着厚及特厚煤层的综采放顶煤、大采高等高强随着厚及特厚煤层的综采放顶煤、大采高等高强度开采技术的推广应用，发生冲击地压矿井的煤度开采技术的推广应用，发生冲击地压矿井的煤岩层结构发生了一定的改变，即不仅在坚硬顶板岩层结构发生了一定的改变，即不仅在坚硬
13、顶板条件下发生冲击地压，而且在非坚硬顶板条件下条件下发生冲击地压，而且在非坚硬顶板条件下也相继发生冲击地压灾害，甚至由此引发更为严也相继发生冲击地压灾害，甚至由此引发更为严重的瓦斯或煤尘爆炸灾害。重的瓦斯或煤尘爆炸灾害。l l例如，例如，2003年淮北芦岭煤矿年淮北芦岭煤矿“5.13”因顶板冲击因顶板冲击引起采空区瓦斯喷出导致瓦斯爆炸事故，引起采空区瓦斯喷出导致瓦斯爆炸事故，2004年年陕西陈家山煤矿陕西陈家山煤矿“11.28”综放开采自然发火引发综放开采自然发火引发瓦斯爆炸事故，瓦斯爆炸事故，2005年辽宁孙家湾煤矿年辽宁孙家湾煤矿“2.14”综放开采引发矿震导致的瓦斯爆炸事故。综放开采引发
14、矿震导致的瓦斯爆炸事故。第19页，此课件共30页哦孙家湾孙家湾”2.142.14”事事故故背向斜背向斜第20页，此课件共30页哦3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42煤壁前方煤体与煤壁距离/m综放开采、中硬顶板综放开采、坚硬顶板分层开采、中硬顶板分层开采、坚硬顶板大采高采、中硬顶板大层开采、坚硬顶板3633302724211815129630工作面超前支承压力/MPa不同采法条件下初采期间工作面超前支承压力分布规律曲线不同采法条件下初采期间工作面超前支承压力分布规律曲线第21页，此课件共30页哦3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27
15、 30 33 36 39 42煤壁前方煤体与煤壁距离/m33302724211815129630工作面超前支承压力/MPa不同采法条件下正常推采期间工作面超前支承压力分布规律曲线不同采法条件下正常推采期间工作面超前支承压力分布规律曲线 第22页，此课件共30页哦n n非坚硬顶板条件下冲击地压发生l l由于开采深度较大，应力水平相对较高，发生冲击地压的应力条件较浅部开采时容易满足；l l即使顶板为非坚硬顶板，但由于煤层所具有的冲击倾向性等，本身就具备了发生冲击地压的潜在危险；l l不同开采方法使煤岩体的采动条件不同，但综放开采和大采高开采由于煤岩体中的应力集中程度相对有所降低，且应力峰值位置更靠
16、近煤体深部，更有利于防止冲击地压的发生和降低冲击所造成的破坏；l l相同开采深度和煤岩层条件下，分层开采发生冲击危险性更大，冲击地压灾害的破坏性更加严重。第23页，此课件共30页哦n n4.3 急倾斜特厚煤层开采冲击地压急倾斜特厚煤层开采冲击地压l l华亭煤矿开采10号煤层，煤层倾角45，平均厚度51.51m，走向长度1200m，属急倾斜特厚易燃煤层。l l10号煤层伪顶岩性为碳质泥岩及砂岩，赋存不稳定；直接顶为砂岩或粉砂岩，厚度1.2619.5m，易垮落，块度大；老顶为粉砂岩及细砂岩；煤层底板为泥质胶结的中-细砂岩。l l矿井地质构造简单，无大的褶曲和断层。l l2004年6月8日11时30
17、分，在509回风顺槽掘进工作面发生了严重的冲击地压事故，在距掘进工作面120m范围内的巷道受到冲击破坏。第24页，此课件共30页哦“6.8”动压事故位置示意图动压事故位置示意图 巷道破坏后素描巷道破坏后素描 第25页，此课件共30页哦炮孔布置示意图炮孔布置示意图炮孔布置示意图炮孔布置示意图（a）垂直工作面推进方向）垂直工作面推进方向（b）沿工作面推进方向）沿工作面推进方向第26页，此课件共30页哦爆破前工作面前方应力集中示意图爆破前工作面前方应力集中示意图爆破后工作面前方应力集中示意图爆破后工作面前方应力集中示意图第27页，此课件共30页哦工作面前方支承压力对比曲线工作面前方支承压力对比曲线 第28页，此课件共30页哦深孔爆破断裂顶板效果（煤体相对应力监测结果）深孔爆破断裂顶板效果（煤体相对应力监测结果）第29页，此课件共30页哦谢谢大家！谢谢大家！第30页，此课件共30页哦