冲击地压防治培训课件.ppt

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1、冲击地压防治冲击地压防治1 冲击地压概述冲击地压概述2 国内外概况国内外概况3 发生机理发生机理4 冲击危险性指标冲击危险性指标 5 防治措施防治措施6 结论结论冲击地压概述冲击地压概述 定义定义 显现特征显现特征 冲击地压、顶板大面积来压、冲击地压、顶板大面积来压、煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 影响冲击地压的因素影响冲击地压的因素冲击地压定义冲击地压定义 冲击地压可以定义为矿山井冲击地压可以定义为矿山井巷或采场周围矿体和围岩由于弹巷或采场周围矿体和围岩由于弹性变形能的突然释放而产生的以性变形能的突然释放而产生的以急剧、猛烈的破坏为特征的动力急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。现象。冲击地压显现特征

2、冲击地压显现特征突发性：突发性：一般没有明显的前兆而突然发生一般没有明显的前兆而突然发生一般没有明显的前兆而突然发生一般没有明显的前兆而突然发生瞬时震动性：冲击地压发生过程急剧而短暂，瞬时震动性：冲击地压发生过程急剧而短暂，瞬时震动性：冲击地压发生过程急剧而短暂，瞬时震动性：冲击地压发生过程急剧而短暂，象爆炸一样伴随有巨大的声响和强烈的震动，持象爆炸一样伴随有巨大的声响和强烈的震动，持象爆炸一样伴随有巨大的声响和强烈的震动，持象爆炸一样伴随有巨大的声响和强烈的震动，持 续时间一般不超过几十秒钟续时间一般不超过几十秒钟续时间一般不超过几十秒钟续时间一般不超过几十秒钟巨大的破坏性：巨大的破坏性：顶

3、板明显下沉，底板突然开顶板明显下沉，底板突然开顶板明显下沉，底板突然开顶板明显下沉，底板突然开 裂鼓起，常有大量煤块突然破碎。并从煤壁抛裂鼓起，常有大量煤块突然破碎。并从煤壁抛裂鼓起，常有大量煤块突然破碎。并从煤壁抛裂鼓起，常有大量煤块突然破碎。并从煤壁抛 出，支架破坏。造成人员伤亡出，支架破坏。造成人员伤亡出，支架破坏。造成人员伤亡出，支架破坏。造成人员伤亡冲击地压实例冲击地压实例冲击地压实例冲击地压实例冲击地压实例冲击地压实例岩层重力破坏岩层重力破坏 德国鲁尔德国鲁尔 急倾斜急倾斜巷道巷道）h=600m冲击地压显现冲击地压显现 金矿金矿 h=2000m冲击地压显现冲击地压显现 鲁尔矿区鲁尔

4、矿区lda煤层煤层 h=950m冲击地压显现冲击地压显现 鲁尔矿区鲁尔矿区鲁尔矿区鲁尔矿区gerondellegerondelle煤层煤层煤层煤层 h=750m h=750m冲击地压显现冲击地压显现 褐煤褐煤 h=120m冲击地压显现冲击地压显现 回采巷道底板回采巷道底板 h=1100m冲击地压显现冲击地压显现中等显现中等显现中等显现中等显现-回采巷道回采巷道回采巷道回采巷道轻度显现轻度显现轻度显现轻度显现 工作面煤壁工作面煤壁工作面煤壁工作面煤壁冲击地压，顶板大面积来压冲击地压，顶板大面积来压煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出相似性相似性：都属于剧烈的动力现象，又互有联系。：都属于剧烈的动力现象，又互

5、有联系。：都属于剧烈的动力现象，又互有联系。：都属于剧烈的动力现象，又互有联系。区别性：区别性：冲击地压冲击地压 主要是煤或岩体积聚的弹性能的突然释放；主要是煤或岩体积聚的弹性能的突然释放；主要是煤或岩体积聚的弹性能的突然释放；主要是煤或岩体积聚的弹性能的突然释放；大面积来压：大面积来压：主要是大面积悬露顶板剪切断裂位能主要是大面积悬露顶板剪切断裂位能主要是大面积悬露顶板剪切断裂位能主要是大面积悬露顶板剪切断裂位能的突然释放并伴随顶板垮落。的突然释放并伴随顶板垮落。的突然释放并伴随顶板垮落。的突然释放并伴随顶板垮落。煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出：主要是在高应力条件下瓦斯和软煤：主要是在高应力条件下

6、瓦斯和软煤：主要是在高应力条件下瓦斯和软煤：主要是在高应力条件下瓦斯和软煤压缩积聚的能量突然释放压缩积聚的能量突然释放压缩积聚的能量突然释放压缩积聚的能量突然释放煤与瓦斯突发的条件之一煤与瓦斯突发的条件之一-瓦斯含量很瓦斯含量很瓦斯含量很瓦斯含量很大的软煤处于高应力区且被夹持在硬煤之间。当工作大的软煤处于高应力区且被夹持在硬煤之间。当工作大的软煤处于高应力区且被夹持在硬煤之间。当工作大的软煤处于高应力区且被夹持在硬煤之间。当工作面推进使硬煤厚度减小时，发生突出。面推进使硬煤厚度减小时，发生突出。面推进使硬煤厚度减小时，发生突出。面推进使硬煤厚度减小时，发生突出。国内外冲击地压情况国内外冲击地压

7、情况年首次发生在英国，至年首次发生在英国，至今已包括德国、南非、波兰、俄罗斯、今已包括德国、南非、波兰、俄罗斯、日本和澳大利亚等多个国家和地日本和澳大利亚等多个国家和地区区国内外冲击地压情况国内外冲击地压情况我国最早记录在冲击地压于我国最早记录在冲击地压于年发生在抚顺，截止年有个年发生在抚顺，截止年有个煤矿发生过冲击在压。近来随着采深增加，煤矿发生过冲击在压。近来随着采深增加，冲击地压的数量及危害程度明显上升。至冲击地压的数量及危害程度明显上升。至年，新发生冲击地压的矿井多达年，新发生冲击地压的矿井多达个。个。国外冲击地压防治情况国外冲击地压防治情况苏联苏联年发生冲击地压，年来形年发生冲击地压

8、，年来形成了防治和组织管理体系，制定了规程和成了防治和组织管理体系，制定了规程和预报办法。预报办法。波兰波兰有的矿井有冲击地压，发生有的矿井有冲击地压，发生过次。波兰首创冲击倾向的实验过次。波兰首创冲击倾向的实验室测定方法并将岩体声学及微震法用于冲室测定方法并将岩体声学及微震法用于冲击地压。击地压。德国德国主要着重于实用，发展了钻孔卸载主要着重于实用，发展了钻孔卸载法、钻屑法。法、钻屑法。波兰冲击地压次数与煤产量关系波兰冲击地压次数与煤产量关系我国冲击地压防治情况我国冲击地压防治情况年煤层注水与深孔卸载爆破技术得到实年煤层注水与深孔卸载爆破技术得到实年煤层注水与深孔卸载爆破技术得到实年煤层注水

9、与深孔卸载爆破技术得到实施施施施年引波兰地音监控系统和年引波兰地音监控系统和年引波兰地音监控系统和年引波兰地音监控系统和微震监测系统微震监测系统微震监测系统微震监测系统年制定了第一部年制定了第一部年制定了第一部年制定了第一部 冲击地压煤层安全开冲击地压煤层安全开冲击地压煤层安全开冲击地压煤层安全开采暂行规定采暂行规定采暂行规定采暂行规定 及及及及 煤的冲击倾向测定方法煤的冲击倾向测定方法煤的冲击倾向测定方法煤的冲击倾向测定方法 年制定年制定年制定年制定 煤层冲击倾向性分类及指标的煤层冲击倾向性分类及指标的煤层冲击倾向性分类及指标的煤层冲击倾向性分类及指标的测定方法测定方法测定方法测定方法 年制

10、定年制定年制定年制定 岩石冲击倾向性分类及指标的岩石冲击倾向性分类及指标的岩石冲击倾向性分类及指标的岩石冲击倾向性分类及指标的测定方法测定方法测定方法测定方法 冲击地压的影响因素冲击地压的影响因素1 1 煤层及顶底板力学特性煤层及顶底板力学特性煤层及顶底板力学特性煤层及顶底板力学特性2 2 开采深度及支承应力开采深度及支承应力开采深度及支承应力开采深度及支承应力3 3 地质构造地质构造地质构造地质构造4 4 开采方法：开采方法：开采方法：开采方法：（1 1）采煤方法）采煤方法）采煤方法）采煤方法 （2 2）煤柱尺寸煤柱尺寸煤柱尺寸煤柱尺寸 （3 3）采掘顺序）采掘顺序）采掘顺序）采掘顺序 （4

11、 4）放炮工艺）放炮工艺）放炮工艺）放炮工艺冲击地压工作面的顶板特性冲击地压工作面的顶板特性发生冲击地压的频率与深度关系发生冲击地压的频率与深度关系波兰发生冲击地压的深度波兰发生冲击地压的深度工作面前方的支承压力工作面前方的支承压力 h=600m工作面周围的应力等值线和高应力区工作面周围的应力等值线和高应力区矩形巷道周围的应力特征矩形巷道周围的应力特征残留煤柱下的高应力残留煤柱下的高应力（煤层距（煤层距60m)工作面前方和侧部的支承压力工作面前方和侧部的支承压力 h=850m M=1.5m上部煤柱下的高应力上部煤柱下的高应力单一和双侧开采的工作面前方应力单一和双侧开采的工作面前方应力采煤工作面

12、周围的支承压力采煤工作面周围的支承压力-特别注意：两工作面高应力叠加区特别注意：两工作面高应力叠加区开采深度及支承压力开采深度及支承压力煤柱上方的支承压力煤柱上方的支承压力冲击危险评价准则冲击危险评价准则1 1 弹性变形能指数弹性变形能指数 wETET-单位体积在受力过单位体积在受力过单位体积在受力过单位体积在受力过程中所储存的变形能程中所储存的变形能程中所储存的变形能程中所储存的变形能与消耗的变形能之比与消耗的变形能之比与消耗的变形能之比与消耗的变形能之比WWETET=A=A1 1/A/A2 2强烈强烈强烈强烈 中等中等中等中等无冲击无冲击无冲击无冲击弹性能指数的典型变形曲线弹性能指数的典型

13、变形曲线冲击危险评价准则冲击危险评价准则冲击倾向强烈冲击倾向强烈 冲击倾冲击倾向中等向中等无冲击倾向无冲击倾向-冲击能量指数冲击能量指数 煤的全变形过程中煤的全变形过程中加载时积蓄的能量（加载时积蓄的能量（N1)与卸载时所耗损的能与卸载时所耗损的能量量(N2)之比之比 K=N1/N2冲击危险评价准则冲击危险评价准则2 2 冲击倾向指数冲击倾向指数冲击倾向指数冲击倾向指数-煤样动态破坏煤样动态破坏煤样动态破坏煤样动态破坏时间时间时间时间ms-ms-毫秒毫秒 冲击倾向中等冲击倾向中等冲击倾向中等冲击倾向中等 无冲击倾向无冲击倾向无冲击倾向无冲击倾向 冲击倾向强烈冲击倾向强烈冲击倾向强烈冲击倾向强烈

14、煤样动态破坏时间煤样动态破坏时间煤煤层冲冲击倾向性分向性分类指指标的的测定定方法方法MT/T174-2000MT/T174-2000MT/T174-2000MT/T174-2000评判结果评判结果评判结果评判结果无冲击倾无冲击倾无冲击倾无冲击倾向向向向弱冲击倾弱冲击倾弱冲击倾弱冲击倾向向向向强冲击倾强冲击倾强冲击倾强冲击倾向向向向动态破坏时间，动态破坏时间，动态破坏时间，动态破坏时间，msmsmsmsDT500DT500DT500DT50050DT=5050DT=5050DT=5050DT=500 0 0 0DT=50DT=50DT=50DT=50弹性能指数弹性能指数弹性能指数弹性能指数WET

15、2WET2WET2WET22=WET52=WET52=WET52=WET=5WET=5WET=5WET=5冲击能量指数冲击能量指数冲击能量指数冲击能量指数KE1.5KE1.5KE1.5KE1.51.5=KE51.5=KE51.5=KE51.5=KE=5KE=5KE=5KE=5顶板冲击倾向性顶板冲击倾向性弯曲能量指数弯曲能量指数wq(kj)wq(kj)抗弯强度抗弯强度h h 岩梁厚度岩梁厚度E E 弹性模量弹性模量P P 深度应力深度应力顶板冲击倾向性顶板冲击倾向性类别类别 弯曲能量指数弯曲能量指数 无冲击倾向无冲击倾向弱冲击倾向弱冲击倾向Uwq=100Uwq=100 Uwq=100波兰顶板冲击

16、倾向指标波兰顶板冲击倾向指标-岩石弹性变形能指数岩石弹性变形能指数岩石弹性变形能指数岩石弹性变形能指数kJ/m3 kJ/m3-岩样单轴抗压强度岩样单轴抗压强度岩样单轴抗压强度岩样单轴抗压强度MpaMpa-岩样试验卸载弹性模量岩样试验卸载弹性模量岩样试验卸载弹性模量岩样试验卸载弹性模量MpaMpa I P I PES-ES-无无无无 II 50=P II 50=PESES100 100 低低低低 III 100=P III 100=PESES200 200 高高高高 IV 200=P IV 200=PES ES 极高极高极高极高冲击地压的预测（冲击危险性预测）冲击地压的预测（冲击危险性预测）煤煤

17、矿安全安全规程程第六第六节第八十四条第八十四条规定：定：开采冲开采冲击地地压煤煤层时，冲，冲击危危险程度和程度和采取措施后的采取措施后的实际效果，可采用效果，可采用钻粉粉率指率指标法、地音法、微震法等方法确法、地音法、微震法等方法确定。定。冲冲击危危险的的预测预报可以分成可以分成三大三大类以钻屑法为主的岩石力学方法以钻屑法为主的岩石力学方法以地音和微震为主的地球物理方法以地音和微震为主的地球物理方法和电磁监测法和电磁监测法经验类比分析法即分析生产地质条经验类比分析法即分析生产地质条件，根据实际经验判别冲击危险程度。件，根据实际经验判别冲击危险程度。钻屑法原理钻屑法原理通过测量钻孔煤粉量的多少，

18、通过测量钻孔煤粉量的多少，以确定相应的煤体应力状态，研以确定相应的煤体应力状态，研究煤粉量与煤体应力之间的定量究煤粉量与煤体应力之间的定量关系是实施这种方法的理论基础。关系是实施这种方法的理论基础。岩石强度的主要影响因素岩石强度的主要影响因素试件尺寸试件尺寸试件尺寸试件尺寸长宽比长宽比长宽比长宽比三轴应变曲线三轴应变曲线-在三轴状态下可在三轴状态下可以积聚更高的弹性变形能以积聚更高的弹性变形能岩石强度的主要影响因素岩石强度的主要影响因素-加载时间加载时间蠕变蠕变蠕变蠕变 应力松弛应力松弛应力松弛应力松弛处于高应力区的煤柱在长期承载状态下易发生突然破坏。处于高应力区的煤柱在长期承载状态下易发生突

19、然破坏。处于高应力区的煤柱在长期承载状态下易发生突然破坏。处于高应力区的煤柱在长期承载状态下易发生突然破坏。工作面煤壁前方极限应力分布工作面煤壁前方极限应力分布 巷道周围的塑性区（极限应力区）巷道周围的塑性区（极限应力区）和弹性区和弹性区煤样的应力应变曲线煤样的应力应变曲线极限煤粉量极限煤粉量在极限煤体应力状态下所产生的煤粉量，在极限煤体应力状态下所产生的煤粉量，是煤体由弹性应力状态转变为极限应力状是煤体由弹性应力状态转变为极限应力状态时体积膨释放出的煤量。此量愈大发生态时体积膨释放出的煤量。此量愈大发生冲击地压的危险愈大。冲击地压的危险愈大。冲击危险指标煤粉量指标冲击危险指标煤粉量指标 距离

20、指标距离指标 动力效应动力效应煤粉钻孔力学模型煤粉钻孔力学模型极限煤粉量理论计算极限煤粉量理论计算试验钻孔煤粉量分布试验钻孔煤粉量分布 典型钻屑量变化典型钻屑量变化煤块三维实验室的试验钻孔效应煤块三维实验室的试验钻孔效应钻进过程中应力突然降低意味着发生了冲击钻进过程中应力突然降低意味着发生了冲击钻进过程中应力突然降低意味着发生了冲击钻进过程中应力突然降低意味着发生了冲击试验钻孔临界煤粉量和试验钻孔临界煤粉量和 卸压钻孔参照煤粉量（德国）卸压钻孔参照煤粉量（德国）试验钻孔试验钻孔试验钻孔试验钻孔：孔径：孔径：2mm 6 L/m2mm 6 L/m 46 mm 7 L/m 46 mm 7 L/m 5

21、0mm 8 L/m 50mm 8 L/m 此时，高应力区距煤壁小于此时，高应力区距煤壁小于此时，高应力区距煤壁小于此时，高应力区距煤壁小于3M 3M 内内内内 M M开采厚度开采厚度开采厚度开采厚度 卸压钻孔卸压钻孔卸压钻孔卸压钻孔 孔径：孔径：95 mm 30 L/m95 mm 30 L/m 145 mm 70 L/m 145 mm 70 L/m 200mm 140 L/m 200mm 140 L/m 门矿和龙风矿冲击危险指标门矿和龙风矿冲击危险指标地音微震监测地音微震监测物体在外力作用下产生变形和破裂的同时，物体在外力作用下产生变形和破裂的同时，以脉冲形式释放弹性能，产生应力波，这种以脉冲

22、形式释放弹性能，产生应力波，这种现象称声发射（地音），地音监测法的原理现象称声发射（地音），地音监测法的原理是近距离连续监测煤岩体的地音现象，以此是近距离连续监测煤岩体的地音现象，以此预测冲击地压预测冲击地压煤岩体在突然破坏时，以震动方式释放的煤岩体在突然破坏时，以震动方式释放的低频高强度声波，亦称微震微震监测法的低频高强度声波，亦称微震微震监测法的原理是借助于多点，不同位置安装的监测系原理是借助于多点，不同位置安装的监测系统连续监测煤岩体的微震能量和频度变化，统连续监测煤岩体的微震能量和频度变化，以此预测预报冲击地压可能发生的地点和时以此预测预报冲击地压可能发生的地点和时刻。刻。地音与微震的

23、区别地音与微震的区别项目项目项目项目地音地音地音地音微震微震微震微震动态显现动态显现动态显现动态显现声学效应声学效应声学效应声学效应振动效应振动效应振动效应振动效应频率（赫）频率（赫）频率（赫）频率（赫）2_2_10105 5延续时间延续时间延续时间延续时间毫秒级毫秒级毫秒级毫秒级秒级秒级秒级秒级事件能量（焦耳）事件能量（焦耳）事件能量（焦耳）事件能量（焦耳）传播距离（米）传播距离（米）传播距离（米）传播距离（米）地音监测系统地音监测系统微震监测系统微震监测系统地音微震与冲击地压的关系地音微震与冲击地压的关系冲击地压是煤岩体脆性破坏时的一种动冲击地压是煤岩体脆性破坏时的一种动力现象力现象地音（

24、声发射）是煤岩体微观破裂过程地音（声发射）是煤岩体微观破裂过程能量释放的显现能量释放的显现微震是煤岩体破裂过程的低频震动显现，微震是煤岩体破裂过程的低频震动显现，其释放的能量一般较大。其释放的能量一般较大。砂岩应力砂岩应力-应变与声发射总数应变与声发射总数门头沟矿门头沟矿3431监测区地音能率曲线监测区地音能率曲线地音与噪音信号特征地音与噪音信号特征冲击地压过程中的地音规律冲击地压过程中的地音规律地音监测结果与支柱载荷关系地音监测结果与支柱载荷关系顶板断裂（地音）在先，回转与下沉（支架在和增加）顶板断裂（地音）在先，回转与下沉（支架在和增加）顶板断裂（地音）在先，回转与下沉（支架在和增加）顶板

25、断裂（地音）在先，回转与下沉（支架在和增加）在后。每次地音大事件，均伴随着支架载荷增加。在后。每次地音大事件，均伴随着支架载荷增加。在后。每次地音大事件，均伴随着支架载荷增加。在后。每次地音大事件，均伴随着支架载荷增加。顶板活动和断层地音定位结果顶板活动和断层地音定位结果地音预报效果（田陈煤矿）地音预报效果（田陈煤矿）电磁监测法电磁监测法煤岩体受力产生变形破坏时其煤岩体受力产生变形破坏时其电磁特性也同样发生变化主要电磁特性也同样发生变化主要指标为电磁强度和电磁脉冲数指标为电磁强度和电磁脉冲数电磁强度主要反映煤岩体受力强电磁强度主要反映煤岩体受力强度与变形破坏强度，脉冲数则反度与变形破坏强度，脉

26、冲数则反映煤岩体变形与微破裂的频度映煤岩体变形与微破裂的频度冲击地压防治措施冲击地压防治措施防范措施防范措施1 开采解放层开采解放层2 合理的开采系统，尽可能无煤柱开采合理的开采系统，尽可能无煤柱开采3顶板和煤层预注水顶板和煤层预注水4 煤层超前松动爆破煤层超前松动爆破5 顶板超前爆破顶板超前爆破冲击地压防治冲击地压防治-开采解放层开采解放层开采解放层开采解放层开采解放层必需的最小层间距开采解放层必需的最小层间距 解放带尺寸解放带尺寸冲击地压防治冲击地压防治-煤层注水煤层注水注水前后支承压力变化注水前后支承压力变化冲击倾向指标与注水关系冲击倾向指标与注水关系注水前后煤体的全应力应变曲线注水前后

27、煤体的全应力应变曲线煤样吸水特性煤样吸水特性含水率对煤体强度的影响含水率对煤体强度的影响含水率对煤体强度包络线的影响含水率对煤体强度包络线的影响干燥煤样与饱和浸水煤样的动态干燥煤样与饱和浸水煤样的动态破坏时间对比破坏时间对比注水对支承压力分布的影响注水对支承压力分布的影响煤层注水孔布置煤层注水孔布置卸压爆破卸压爆破爆破前后支承压力变化爆破前后支承压力变化卸载爆破后的应力分布卸载爆破后的应力分布冲击地压防治措施冲击地压防治措施解危措施解危措施1 1 煤层试验钻孔和卸载钻孔煤层试验钻孔和卸载钻孔煤层试验钻孔和卸载钻孔煤层试验钻孔和卸载钻孔;2 2 煤层卸载注水煤层卸载注水煤层卸载注水煤层卸载注水3

28、 3 煤层松动爆破煤层松动爆破煤层松动爆破煤层松动爆破;4 4 顶板爆破处理顶板爆破处理顶板爆破处理顶板爆破处理5 5 底板爆破处理底板爆破处理底板爆破处理底板爆破处理卸压钻孔布置卸压钻孔布置卸压钻孔的效果卸压钻孔的效果煤层钻孔卸压的作用煤层钻孔卸压的作用冲击地压防治附加措施冲击地压防治附加措施辅助措施辅助措施1.加强支护加强支护加强支护加强支护2 2 宽巷掘进宽巷掘进宽巷掘进宽巷掘进3 3 爆破工艺控制爆破工艺控制爆破工艺控制爆破工艺控制4 4 合理选择工作面和巷道推进方向，合理选择工作面和巷道推进方向，合理选择工作面和巷道推进方向，合理选择工作面和巷道推进方向，避免相向推进避免相向推进避免

29、相向推进避免相向推进结论结论1 发生冲击地压的基本条件发生冲击地压的基本条件是：A 煤层或围岩具有冲击倾向性；煤层或围岩具有冲击倾向性；煤层或围岩具有冲击倾向性；煤层或围岩具有冲击倾向性；B B 围岩及煤层处于高应力环境围岩及煤层处于高应力环境围岩及煤层处于高应力环境围岩及煤层处于高应力环境。2 防治冲击地压的基本途径防治冲击地压的基本途径：A 降低或解除煤层的冲击倾向性；降低或解除煤层的冲击倾向性；降低或解除煤层的冲击倾向性；降低或解除煤层的冲击倾向性；B B 降低围岩和煤层的高应力降低围岩和煤层的高应力降低围岩和煤层的高应力降低围岩和煤层的高应力联系方式联系方式屈先朝 研究员煤炭科学研究总院安全技术研究分院 副院长谢谢!