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1、第十一章第十一章煤矿压现象及其控制煤矿压现象及其控制矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制主要内容主要内容 11.1 冲击矿压现象形成特点及分类冲击矿压现象形成特点及分类11.2 冲击矿压发生机理冲击矿压发生机理11.3 冲击矿压的预测预报及危险性评定冲击矿压的预测预报及危险性评定11.4 冲击矿压的防治冲击矿压的防治11.5 顶板大面积来压顶板大面积来压矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制第一节第一节 冲击矿压现象形成特点及分类冲击矿压现象形成特点及分类 煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹煤矿开采过程中
2、，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显的动力效应。这些现象统称为浪等明显的动力效应。这些现象统称为浪等明显的动力效应。这些现象统称为浪等明显的动力效应。这些现象统称为煤矿动压现象煤矿动压现象煤矿动压现象煤矿动压现象。它具有突然爆发的特
3、点，有的能形成强烈暴风，危害它具有突然爆发的特点，有的能形成强烈暴风，危害它具有突然爆发的特点，有的能形成强烈暴风，危害它具有突然爆发的特点，有的能形成强烈暴风，危害程度比一般矿山压力显现程度更为严重程度比一般矿山压力显现程度更为严重程度比一般矿山压力显现程度更为严重程度比一般矿山压力显现程度更为严重 。根据动压现。根据动压现。根据动压现。根据动压现象的一般成因和机理，可把它归纳为三种形式，即象的一般成因和机理，可把它归纳为三种形式，即象的一般成因和机理，可把它归纳为三种形式，即象的一般成因和机理，可把它归纳为三种形式，即冲冲冲冲击矿压、顶板大面积来压和煤与瓦斯突出击矿压、顶板大面积来压和煤与
4、瓦斯突出击矿压、顶板大面积来压和煤与瓦斯突出击矿压、顶板大面积来压和煤与瓦斯突出。前两者完。前两者完。前两者完。前两者完全属于矿山压力的研究范畴。全属于矿山压力的研究范畴。全属于矿山压力的研究范畴。全属于矿山压力的研究范畴。（一）冲击矿压现象（一）冲击矿压现象 冲冲冲冲击击击击矿矿矿矿压压压压造造造造成成成成煤煤煤煤岩岩岩岩体体体体振振振振动动动动和和和和煤煤煤煤岩岩岩岩体体体体破破破破坏坏坏坏，支支支支架架架架与与与与设设设设备备备备损损损损坏坏坏坏，人人人人员员员员伤伤伤伤亡亡亡亡，部部部部分分分分巷巷巷巷道道道道垮垮垮垮落落落落破破破破坏坏坏坏 ，还还还还会会会会引引引引发发发发或或或或
5、可可可可能能能能引引引引发发发发其其其其它它它它矿矿矿矿井井井井灾灾灾灾害害害害，尤尤尤尤其其其其是是是是瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯、煤煤煤煤尘尘尘尘爆爆爆爆炸炸炸炸、火火火火灾灾灾灾以以以以及及及及水水水水灾灾灾灾，干干干干扰扰扰扰通通通通风风风风系系系系统统统统，严严严严重重重重时时时时造造造造成成成成地地地地面面面面震震震震动动动动和建筑物破坏等，是煤矿重大灾害之一。和建筑物破坏等，是煤矿重大灾害之一。和建筑物破坏等，是煤矿重大灾害之一。和建筑物破坏等，是煤矿重大灾害之一。1974 1974 1974 1974年年年年10101010月月月月25252525日北京矿务局城子矿；日北京矿务局城子矿；
6、日北京矿务局城子矿；日北京矿务局城子矿；1738 1738 1738 1738年英国南史塔福煤田（有记载的第一次）；年英国南史塔福煤田（有记载的第一次）；年英国南史塔福煤田（有记载的第一次）；年英国南史塔福煤田（有记载的第一次）；1933193319331933年抚顺胜利矿（我国最早）。年抚顺胜利矿（我国最早）。年抚顺胜利矿（我国最早）。年抚顺胜利矿（我国最早）。岩爆、煤爆、岩爆、煤爆、岩爆、煤爆、岩爆、煤爆、冲击矿压冲击矿压冲击矿压冲击矿压、矿山冲击、矿山冲击、矿山冲击、矿山冲击、冲击地压冲击地压冲击地压冲击地压。1.1.20182018年年年年1010月月月月2020日日日日2323时时时
7、时左左左左右右右右，山山山山东东东东龙龙龙龙郓郓郓郓煤煤煤煤业业业业有有有有限限限限公公公公司司司司发发发发生生生生冲冲冲冲击击击击地地地地压压压压事事事事故故故故，受受受受冲冲冲冲击击击击地地地地压压压压波波波波及及及及区区区区域域域域作作作作业业业业的的的的3333人人人人中中中中，1111人脱险，人脱险，人脱险，人脱险，2222人被困（其中人被困（其中人被困（其中人被困（其中1 1人获救，人获救，人获救，人获救，2121人遇难）。人遇难）。人遇难）。人遇难）。2.2.20112011年年年年1111月月月月3 3日日日日，河河河河南南南南省省省省千千千千秋秋秋秋煤煤煤煤矿矿矿矿发发发发生
8、生生生一一一一起起起起重重重重大大大大冲冲冲冲击击击击地地地地压压压压事事事事故故故故，造造造造成成成成1010人人人人死死死死亡亡亡亡。该该该该矿矿矿矿2122121221下下下下巷巷巷巷掘掘掘掘进进进进工工工工作作作作面面面面发发发发生生生生冲冲冲冲击击击击地地地地压压压压，巷巷巷巷道道道道发发发发生生生生严严严严重重重重的的的的挤挤挤挤压压压压垮垮垮垮冒冒冒冒，将将将将正正正正在在在在该该该该巷巷巷巷作作作作业业业业的的的的矿矿矿矿工工工工封封封封堵堵堵堵或或或或掩掩掩掩埋埋埋埋其其其其中中中中，造造造造成成成成重重重重大大大大伤伤伤伤亡亡亡亡。主主主主要要要要原原原原因因因因：在在在在
9、特特特特厚厚厚厚煤煤煤煤层层层层中中中中采采采采煤煤煤煤工工工工作作作作面面面面布布布布置置置置过过过过长长长长，对对对对采采采采深深深深已已已已达达达达800800米米米米、特特特特厚厚厚厚坚坚坚坚硬硬硬硬顶顶顶顶板板板板条条条条件件件件下下下下地地地地应应应应力力力力和和和和采采采采动动动动应应应应力力力力影影影影响响响响增增增增大大大大、诱诱诱诱发发发发冲冲冲冲击地压灾害的不确定性因素认识不足。击地压灾害的不确定性因素认识不足。击地压灾害的不确定性因素认识不足。击地压灾害的不确定性因素认识不足。3、辽宁抚顺老虎台煤矿冲击地压事故、辽宁抚顺老虎台煤矿冲击地压事故20012001年年1 1月
10、月1212日日1515时时2020分，抚顺市老虎台矿因冲击分，抚顺市老虎台矿因冲击地压引发地压引发2.82.8级矿震，造成两人死亡，级矿震，造成两人死亡，2323人受伤；人受伤；20032003年年5 5月月3 3日日2020时时3636分，抚顺老虎台煤矿因冲击地分，抚顺老虎台煤矿因冲击地压引发矿震，共造成压引发矿震，共造成1212名矿工伤亡，其中名矿工伤亡，其中2 2人当场人当场死亡，死亡，1 1人因经抢救无效死亡；人因经抢救无效死亡；20092009年年1212月月1111日日6 6时时3333分，抚矿集团老虎台煤矿分，抚矿集团老虎台煤矿-580580水平发生水平发生2.32.3级矿震，造
11、成级矿震，造成1 1人死亡。人死亡。老虎台煤矿发生冲击地压前巷道情况老虎台煤矿发生冲击地压前巷道情况老虎台煤矿发生冲击地压后巷道情况老虎台煤矿发生冲击地压后巷道情况4、新矿集团华丰煤矿冲击地压事故新矿集团华丰煤矿冲击地压事故山山东东新新汶汶矿矿业业集集团团华华丰丰煤煤矿矿开开采采深深度度在在达达到到1000m1000m，发发生生震震级级在在1.51.5级级以以上上冲冲击击地地压压500500余余起起，发发生生破破坏性冲击坏性冲击500500余次；余次；共造成了共造成了4343人重伤，人重伤，9 9人死亡；人死亡；破破破破坏坏坏坏巷巷巷巷道道道道2000200020002000多多多多米米米米，
12、摧摧摧摧毁毁毁毁巷巷巷巷道道道道600600600600余余余余米米米米，破破破破坏坏坏坏工工工工作作作作面面面面400400400400余米余米余米余米；严重损坏机电设备、设施等，直接经济损失近亿元。严重损坏机电设备、设施等，直接经济损失近亿元。华丰煤矿冲击地压现场华丰煤矿冲击地压现场华丰煤矿冲击地压现场华丰煤矿冲击地压现场华丰煤矿冲击地压现场华丰煤矿冲击地压现场 5 5、阜新、阜新“2.142.14”矿难简述矿难简述 20052005年年2 2月月1414日日1515时时，辽辽宁宁省省阜阜新新矿矿业业（集集团团）有有限限责责任任公公司司孙孙家家湾湾煤煤矿矿海海州州立立井井发发生生一一起起冲
13、冲击击地地压压引引发发瓦瓦斯斯爆爆炸炸的的事事故故，共共造造成成214214人人死死亡亡，3030人受伤，直接经济损失人受伤，直接经济损失4968.94968.9万元万元。事事故故原原因因是是冲冲冲冲击击击击地地地地压压压压造造造造成成成成大大大大量量量量瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯异异异异常常常常涌涌涌涌出出出出，致致致致使使使使回回回回风风风风流流流流中中中中瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯浓浓浓浓度度度度达达达达到到到到爆爆爆爆炸炸炸炸界界界界限限限限；工工工工人人人人违违违违章章章章带带带带电作业，产生电火花引起瓦斯爆炸。电作业，产生电火花引起瓦斯爆炸。电作业，产生电火花引起瓦斯爆炸。电作业，产生电火花引起瓦斯爆
14、炸。阜新阜新阜新阜新“2.14”2.14”矿难现场矿难现场矿难现场矿难现场 6 6、义马千秋煤矿冲击地压事故、义马千秋煤矿冲击地压事故简简简简述述述述：2008200820082008年年年年6 6 6 6月月月月5 5 5 5日日日日16161616时时时时，河河河河南南南南义义义义煤煤煤煤集集集集团团团团公公公公司司司司千千千千秋煤矿突发冲击地压。秋煤矿突发冲击地压。秋煤矿突发冲击地压。秋煤矿突发冲击地压。事故造成事故造成事故造成事故造成21201212012120121201回采工作面下巷道瞬间凸起；回采工作面下巷道瞬间凸起；回采工作面下巷道瞬间凸起；回采工作面下巷道瞬间凸起；此次冲击地
15、压受损巷道共计此次冲击地压受损巷道共计此次冲击地压受损巷道共计此次冲击地压受损巷道共计565565565565米；米；米；米；近近近近400400400400米米米米巷巷巷巷道道道道闭闭闭闭合合合合或或或或半半半半闭闭闭闭合合合合，共共共共造造造造成成成成13131313人人人人死死死死亡亡亡亡，11111111人重伤。人重伤。人重伤。人重伤。义马千秋煤矿冲击地压事故现场7 7、古城煤矿、古城煤矿“2.282.28”冲击地压事故冲击地压事故冲冲击击地地压压事事故故发发生生在在2103工工作作面面皮皮带带顺顺槽槽，2103工工作作面面南南临临2102工工作作面面采采空空区区（2004年年1月月1
16、2月月），条条带带煤煤柱柱宽宽110m，北北临临2105工工作作面面采采空空区区（2003年年1月月12月），煤柱宽度月），煤柱宽度6m。工工作作面面煤煤层层厚厚度度8.5m，倾倾角角415，结结构构简简单单。2103工作面采深工作面采深9001100m，采用综采放顶煤回采工艺。，采用综采放顶煤回采工艺。直直接接顶顶为为1.9m的的砂砂质质泥泥岩岩，老老顶顶为为10.3m中中砂砂岩岩，底底板为板为15m的砂泥岩。的砂泥岩。21032103工作面冲击地压事故地点位置示意图工作面冲击地压事故地点位置示意图 2103工作面皮带顺槽延长段位于2103皮带顺槽与泄水巷贯通处以下，目的是为了工作面加宽段的
17、缩面时回撤工作面所用，避开冲击地压危险区（采面扩大处100m内）。巷道设计长度120m，沿3煤层底板掘进，巷道断面为直墙圆弧拱形，宽度4.8m，高度3.8m（拱高1.8m、墙高2.0m），采用锚网索梯支护。巷道采用炮掘，运煤方式为裸体耙装机跟40T溜子。截止2009年2月28日，顺槽延长段实际掘进54 m。1巷道变形情况：巷道变形情况：范范围围：事事故故造造成成2103皮皮带带顺顺槽槽延延长长段段、2103泄泄水水巷巷、2103皮皮带带顺顺槽槽共共260余余米米巷巷道严重变形。道严重变形。破破坏坏程程度度：顶顶顶顶底底底底板板板板 移移移移 近近近近 距距距距 离离离离 2.12.13.3m3
18、.3m，巷巷巷巷 道道道道 高高高高 度度度度 最最最最小处不足小处不足小处不足小处不足0.5 m0.5 m。2.2.顶板支护破坏情况：顶板支护破坏情况：顶板支护破坏情况：顶板支护破坏情况：锚锚锚锚杆杆杆杆、锚锚锚锚索索索索被被被被抛抛抛抛出出出出，金金金金属属属属网网网网被被被被拉拉拉拉断断断断，导导导导致致致致顶顶顶顶板板板板支支支支护失去作用。护失去作用。护失去作用。护失去作用。皮皮皮皮带带带带顺顺顺顺槽槽槽槽延延延延长长长长段段段段1212棵棵棵棵悬悬悬悬浮浮浮浮式式式式单单单单体体体体液液液液压压压压支支支支柱柱柱柱扭扭扭扭曲曲曲曲变变变变形。形。形。形。3.3.机电设备情况：机电设
19、备情况：机电设备情况：机电设备情况：现现现现场场场场设设设设备备备备停停停停运运运运，照照照照明明明明停停停停电电电电，通通通通讯讯讯讯线线线线路路路路被被被被破破破破坏坏坏坏，损损损损坏坏坏坏、埋埋埋埋压压压压风风风风筒筒筒筒123m 123m，局局局局部部部部40T40T刮板输送机被掀起。刮板输送机被掀起。刮板输送机被掀起。刮板输送机被掀起。4.4.产产产产生生生生大大大大量量量量煤煤煤煤尘尘尘尘：强强强强大大大大的的的的冲冲冲冲击击击击波波波波造造造造成成成成了了了了大大大大量量量量煤煤煤煤尘尘尘尘飞飞飞飞扬扬扬扬 ，抛在支柱上的煤尘厚度达抛在支柱上的煤尘厚度达抛在支柱上的煤尘厚度达抛在
20、支柱上的煤尘厚度达27mm27mm。5.5.强强强强烈烈烈烈震震震震动动动动：事事事事故故故故发发发发生生生生时时时时产产产产生生生生了了了了强强强强大大大大的的的的冲冲冲冲击击击击波波波波，并并并并伴伴伴伴有有有有巨巨巨巨大大大大声声声声响响响响，地地地地面面面面矿矿矿矿区区区区和和和和附附附附近近近近村村村村庄庄庄庄人人人人员员员员都都都都有有有有不不不不同同同同程程程程度度度度震震震震感。感。感。感。6.6.事事事事前前前前征征征征兆兆兆兆：事事事事故故故故发发发发生生生生前前前前现现现现场场场场没没没没有有有有发发发发现现现现明明明明显显显显应应应应力力力力变变变变化化化化的的的的前兆
21、信息，事故具有突发性、瞬时性、破坏性。前兆信息，事故具有突发性、瞬时性、破坏性。前兆信息，事故具有突发性、瞬时性、破坏性。前兆信息，事故具有突发性、瞬时性、破坏性。7.7.能能能能量量量量巨巨巨巨大大大大：该该该该矿矿矿矿微微微微震震震震监监监监测测测测系系系系统统统统监监监监测测测测到到到到，该该该该区区区区域域域域发发发发生生生生能能能能量量量量为为为为1.28101.28107 7J J的的的的矿矿矿矿震震震震，经经经经当当当当地地地地地地地地震震震震台台台台网网网网测测测测定定定定，震震震震级级级级为为为为里氏里氏里氏里氏2.82.8级。级。级。级。事故原因分析事故原因分析事故原因分析
22、事故原因分析1.1.煤层具有强冲击倾向。煤层具有强冲击倾向。煤层具有强冲击倾向。煤层具有强冲击倾向。2.2.工工工工作作作作面面面面煤煤煤煤层层层层埋埋埋埋藏藏藏藏深深深深度度度度达达达达1100m1100m，地地地地压压压压大大大大，煤煤煤煤岩岩岩岩体体体体中中中中的的的的应力集中程度高，积聚的能量大。应力集中程度高，积聚的能量大。应力集中程度高，积聚的能量大。应力集中程度高，积聚的能量大。3.3.覆覆覆覆岩岩岩岩中中中中具具具具有有有有多多多多层层层层坚坚坚坚硬硬硬硬、厚厚厚厚度度度度大大大大的的的的砂砂砂砂岩岩岩岩，覆覆覆覆岩岩岩岩不不不不能能能能充充充充分分分分采动，高位关键层悬空，使
23、煤岩体中形成了高应力。采动，高位关键层悬空，使煤岩体中形成了高应力。采动，高位关键层悬空，使煤岩体中形成了高应力。采动，高位关键层悬空，使煤岩体中形成了高应力。4.21034.2103工工工工作作作作面面面面皮皮皮皮带带带带顺顺顺顺槽槽槽槽延延延延长长长长段段段段位位位位于于于于支支支支承承承承压压压压力力力力叠叠叠叠加加加加集集集集中中中中区区区区域域域域，受受受受21052105工工工工作作作作面面面面采采采采空空空空区区区区、断断断断层层层层影影影影响响响响，21032103工工工工作作作作面面面面回回回回采扰动。采扰动。采扰动。采扰动。（二）冲击矿压的特点（二）冲击矿压的特点P296（
24、1 1 1 1）突发性）突发性）突发性）突发性 （2 2 2 2）瞬时震动性）瞬时震动性）瞬时震动性）瞬时震动性（3 3 3 3）巨大破坏性）巨大破坏性）巨大破坏性）巨大破坏性 （4 4 4 4）复杂性）复杂性）复杂性）复杂性 (三）三）冲击矿压分类冲击矿压分类P296 冲击矿压按其显现强度、释放的能量等进行分冲击矿压按其显现强度、释放的能量等进行分冲击矿压按其显现强度、释放的能量等进行分冲击矿压按其显现强度、释放的能量等进行分类类类类,根据冲击的显现强度，可分为四类：根据冲击的显现强度，可分为四类：根据冲击的显现强度，可分为四类：根据冲击的显现强度，可分为四类：（1 1 1 1）弹射）弹射）
25、弹射）弹射 （2 2 2 2）矿震）矿震）矿震）矿震 （3 3 3 3）弱冲击）弱冲击）弱冲击）弱冲击 （4 4 4 4）强冲击）强冲击）强冲击）强冲击 根据震级强度和考虑抛出的煤量，可将冲击矿根据震级强度和考虑抛出的煤量，可将冲击矿根据震级强度和考虑抛出的煤量，可将冲击矿根据震级强度和考虑抛出的煤量，可将冲击矿压分为三级：压分为三级：压分为三级：压分为三级：（1 1）轻微冲击）轻微冲击）轻微冲击）轻微冲击(I(I级级级级)。抛出煤量在。抛出煤量在。抛出煤量在。抛出煤量在10t10t以下，震级以下，震级以下，震级以下，震级在在在在1 1级以下的冲击矿压。级以下的冲击矿压。级以下的冲击矿压。级以
26、下的冲击矿压。（2 2）中等冲击）中等冲击）中等冲击）中等冲击(II(II级级级级)。抛出煤量在。抛出煤量在。抛出煤量在。抛出煤量在1050t1050t，震级，震级，震级，震级在在在在l2l2级的冲击矿压。级的冲击矿压。级的冲击矿压。级的冲击矿压。（3 3）强烈冲击）强烈冲击）强烈冲击）强烈冲击(III(III级级级级)。抛出煤量在。抛出煤量在。抛出煤量在。抛出煤量在50t50t以上，震级以上，震级以上，震级以上，震级在在在在2 2级以上的冲击矿压级以上的冲击矿压级以上的冲击矿压级以上的冲击矿压 。根据国内外的分类方法，冲击矿压可分为由根据国内外的分类方法，冲击矿压可分为由根据国内外的分类方法
27、，冲击矿压可分为由根据国内外的分类方法，冲击矿压可分为由采采采采矿活动引起的采矿型冲击矿压矿活动引起的采矿型冲击矿压矿活动引起的采矿型冲击矿压矿活动引起的采矿型冲击矿压和和和和由构造活动引起的构由构造活动引起的构由构造活动引起的构由构造活动引起的构造型冲击矿压造型冲击矿压造型冲击矿压造型冲击矿压。而采矿型冲击矿压可分为。而采矿型冲击矿压可分为。而采矿型冲击矿压可分为。而采矿型冲击矿压可分为压力型、冲压力型、冲压力型、冲压力型、冲击型和冲击压力型击型和冲击压力型击型和冲击压力型击型和冲击压力型。在某种程度上，构造型冲击矿压。在某种程度上，构造型冲击矿压。在某种程度上，构造型冲击矿压。在某种程度上
28、，构造型冲击矿压也可看作为冲击型。也可看作为冲击型。也可看作为冲击型。也可看作为冲击型。（四）冲击矿压和矿山震动对环境的影响（四）冲击矿压和矿山震动对环境的影响 P297P297 （1 1）对井下巷道的影响）对井下巷道的影响）对井下巷道的影响）对井下巷道的影响 （2 2）对矿工的影响）对矿工的影响）对矿工的影响）对矿工的影响 （3 3）对地表建筑物的影响）对地表建筑物的影响）对地表建筑物的影响）对地表建筑物的影响一、冲击矿压影响因素一、冲击矿压影响因素（一）（一）（一）（一）冲击矿压影响因素分析冲击矿压影响因素分析冲击矿压影响因素分析冲击矿压影响因素分析 冲击矿压发生的原因是多方面的，但从总的
29、来冲击矿压发生的原因是多方面的，但从总的来冲击矿压发生的原因是多方面的，但从总的来冲击矿压发生的原因是多方面的，但从总的来说可以分为三类，即：说可以分为三类，即：说可以分为三类，即：说可以分为三类，即：自然地质因素（应力；自然地质因素（应力；自然地质因素（应力；自然地质因素（应力；煤岩特性煤岩特性煤岩特性煤岩特性）开采技术（采动应力集中）开采技术（采动应力集中）开采技术（采动应力集中）开采技术（采动应力集中）组织管理措施（生产集中化；组织管理措施（生产集中化；组织管理措施（生产集中化；组织管理措施（生产集中化；防治措施防治措施防治措施防治措施；管理不；管理不；管理不；管理不给力）给力）给力）给
30、力）第二节第二节 冲击矿压发生机理冲击矿压发生机理（二）地质条件对冲击矿压的影响（二）地质条件对冲击矿压的影响（二）地质条件对冲击矿压的影响（二）地质条件对冲击矿压的影响（1 1）开采深度）开采深度）开采深度）开采深度 统计分析表明，开采深度越大，冲击矿压发生的可统计分析表明，开采深度越大，冲击矿压发生的可统计分析表明，开采深度越大，冲击矿压发生的可统计分析表明，开采深度越大，冲击矿压发生的可能性也越大。能性也越大。能性也越大。能性也越大。开采深度开采深度开采深度开采深度与与与与冲击矿压发生次数冲击矿压发生次数冲击矿压发生次数冲击矿压发生次数的关系如的关系如的关系如的关系如图图图图11-111
31、-1、11-211-2所示所示所示所示 图图图图11-1 11-1 波兰波兰波兰波兰采深与冲击矿压的采深与冲击矿压的采深与冲击矿压的采深与冲击矿压的关系关系关系关系 W-冲击指数(开采百万吨煤 炭冲击矿压次数)图图图图11-2 11-2 天池煤矿天池煤矿天池煤矿天池煤矿采深与冲击采深与冲击采深与冲击采深与冲击矿压的关系矿压的关系矿压的关系矿压的关系 N为冲击矿压次数表表表表11-1 11-1 中国煤矿条件下发生冲击矿压的最小采深中国煤矿条件下发生冲击矿压的最小采深中国煤矿条件下发生冲击矿压的最小采深中国煤矿条件下发生冲击矿压的最小采深（2 2）煤岩的力学特征）煤岩的力学特征）煤岩的力学特征）煤
32、岩的力学特征 1.1.在一定的围岩与压力条件下，任何煤层中的巷在一定的围岩与压力条件下，任何煤层中的巷在一定的围岩与压力条件下，任何煤层中的巷在一定的围岩与压力条件下，任何煤层中的巷道或采场可能发生冲击矿压。道或采场可能发生冲击矿压。道或采场可能发生冲击矿压。道或采场可能发生冲击矿压。2.2.煤的强度越高，引发冲击矿压所要求的应力越煤的强度越高，引发冲击矿压所要求的应力越煤的强度越高，引发冲击矿压所要求的应力越煤的强度越高，引发冲击矿压所要求的应力越小。小。小。小。3.3.煤的冲击倾向性是评价煤层冲击性的特征参数煤的冲击倾向性是评价煤层冲击性的特征参数煤的冲击倾向性是评价煤层冲击性的特征参数煤
33、的冲击倾向性是评价煤层冲击性的特征参数之一。之一。之一。之一。对煤的冲击倾向性评价，主要采用煤的对煤的冲击倾向性评价，主要采用煤的对煤的冲击倾向性评价，主要采用煤的对煤的冲击倾向性评价，主要采用煤的冲击能量冲击能量冲击能量冲击能量指数指数指数指数K KE E、弹性能量指数、弹性能量指数、弹性能量指数、弹性能量指数WWETET和动态破坏时间和动态破坏时间和动态破坏时间和动态破坏时间D DT T。图图图图11-3 11-3 冲击能量指冲击能量指冲击能量指冲击能量指 数数数数K KE E计算图计算图计算图计算图 在单轴压缩状态下，煤样的全在单轴压缩状态下，煤样的全在单轴压缩状态下，煤样的全在单轴压缩
34、状态下，煤样的全“应力应力应力应力-应变应变应变应变”曲线峰曲线峰曲线峰曲线峰值值值值C C前所前所前所前所积聚的变形能积聚的变形能积聚的变形能积聚的变形能E ES S与与与与峰值后所消耗的变形能峰值后所消耗的变形能峰值后所消耗的变形能峰值后所消耗的变形能E EX X之之之之比值比值比值比值 图图图图11-4 11-4 弹性能指数弹性能指数弹性能指数弹性能指数WWETET计算图计算图计算图计算图 图图图图11-5 11-5 动态破坏时间动态破坏时间动态破坏时间动态破坏时间D Dt t曲线曲线曲线曲线 煤样在常规单轴压缩试验条件下，从极限载荷到完全煤样在常规单轴压缩试验条件下，从极限载荷到完全煤
35、样在常规单轴压缩试验条件下，从极限载荷到完全煤样在常规单轴压缩试验条件下，从极限载荷到完全破坏所经历的时间破坏所经历的时间破坏所经历的时间破坏所经历的时间表表表表11-2 11-2 煤的冲击倾向鉴定指标值煤的冲击倾向鉴定指标值煤的冲击倾向鉴定指标值煤的冲击倾向鉴定指标值 对煤的试样研究表明，煤试块的冲击性在其单向抗压对煤的试样研究表明，煤试块的冲击性在其单向抗压对煤的试样研究表明，煤试块的冲击性在其单向抗压对煤的试样研究表明，煤试块的冲击性在其单向抗压强度为强度为强度为强度为R Rc c=1620MPa=1620MPa时变化较大，当煤的单向抗压强被时变化较大，当煤的单向抗压强被时变化较大，当煤
36、的单向抗压强被时变化较大，当煤的单向抗压强被小于小于小于小于R Rc c16MPa16MPa时，煤试块要发生冲击，就需要较大的时，煤试块要发生冲击，就需要较大的时，煤试块要发生冲击，就需要较大的时，煤试块要发生冲击，就需要较大的压应力。压应力。压应力。压应力。弱冲击倾向性弱冲击倾向性弱冲击倾向性弱冲击倾向性 R Rc c16MPa16MPa 强冲击倾向性强冲击倾向性强冲击倾向性强冲击倾向性 R Rc c16MPa16MPa（3 3）顶板岩层的结构特点）顶板岩层的结构特点）顶板岩层的结构特点）顶板岩层的结构特点 顶板岩层结构，特别是煤层上方坚硬，顶板岩层结构，特别是煤层上方坚硬，顶板岩层结构，特
37、别是煤层上方坚硬，顶板岩层结构，特别是煤层上方坚硬，厚层砂岩厚层砂岩厚层砂岩厚层砂岩顶板顶板顶板顶板是影响冲击矿压发生的主要因素之一，其主要原是影响冲击矿压发生的主要因素之一，其主要原是影响冲击矿压发生的主要因素之一，其主要原是影响冲击矿压发生的主要因素之一，其主要原因是坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在坚因是坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在坚因是坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在坚因是坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在坚硬顶板破断过程中或滑移过程中，大量的弹性能突然硬顶板破断过程中或滑移过程中，大量的弹性能突然硬顶板破断过程中或滑移过程中，大量的弹性能突然硬顶板破断
38、过程中或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，形成强烈震动，导致顶板煤层型（冲击压力型）释放，形成强烈震动，导致顶板煤层型（冲击压力型）释放，形成强烈震动，导致顶板煤层型（冲击压力型）释放，形成强烈震动，导致顶板煤层型（冲击压力型）冲击矿压或顶板型（冲击型）冲击矿压。冲击矿压或顶板型（冲击型）冲击矿压。冲击矿压或顶板型（冲击型）冲击矿压。冲击矿压或顶板型（冲击型）冲击矿压。苏联阿维尔申教授认为，煤层内的弹性能可由苏联阿维尔申教授认为，煤层内的弹性能可由苏联阿维尔申教授认为，煤层内的弹性能可由苏联阿维尔申教授认为，煤层内的弹性能可由体变体变体变体变弹性能弹性能弹性能弹性能UvUv、形变弹性能、形变弹
39、性能、形变弹性能、形变弹性能UtUt和顶板弯曲弹性能和顶板弯曲弹性能和顶板弯曲弹性能和顶板弯曲弹性能UwUw三部分三部分三部分三部分组成，即组成，即组成，即组成，即 由以上两式可以看出，由以上两式可以看出，由以上两式可以看出，由以上两式可以看出，UwUw与与与与岩层悬伸长度的五次岩层悬伸长度的五次岩层悬伸长度的五次岩层悬伸长度的五次方成正比，即方成正比，即方成正比，即方成正比，即L L值越大，积聚的能量也越多。值越大，积聚的能量也越多。值越大，积聚的能量也越多。值越大，积聚的能量也越多。一般，厚一般，厚一般，厚一般，厚度越大的坚硬岩层越不易冒落，形成的度越大的坚硬岩层越不易冒落，形成的度越大的
40、坚硬岩层越不易冒落，形成的度越大的坚硬岩层越不易冒落，形成的L L值也就越大值也就越大值也就越大值也就越大。煤煤煤煤层层层层厚厚厚厚度度度度对对对对发发发发生生生生冲冲冲冲击击击击矿矿矿矿压压压压也也也也有有有有影影影影响响响响，煤煤煤煤层层层层越越越越厚厚厚厚，发生冲击矿压越多，越强烈。发生冲击矿压越多，越强烈。发生冲击矿压越多，越强烈。发生冲击矿压越多，越强烈。煤的湿度也有影响作用。因为煤层含水后，可使煤的湿度也有影响作用。因为煤层含水后，可使煤的湿度也有影响作用。因为煤层含水后，可使煤的湿度也有影响作用。因为煤层含水后，可使煤层的弹性减小，强度降低，塑性增加，能减缓发生煤层的弹性减小，强
41、度降低，塑性增加，能减缓发生煤层的弹性减小，强度降低，塑性增加，能减缓发生煤层的弹性减小，强度降低，塑性增加，能减缓发生冲击矿压的危险。冲击矿压的危险。冲击矿压的危险。冲击矿压的危险。图图图图11-7 11-7 顶板弯曲弹性能的计算图顶板弯曲弹性能的计算图顶板弯曲弹性能的计算图顶板弯曲弹性能的计算图 aa初次垮落时；初次垮落时；初次垮落时；初次垮落时；bb周期垮落时周期垮落时周期垮落时周期垮落时（4 4）地质动力因素地质动力因素地质动力因素地质动力因素 实实实实践践践践证证证证明明明明，冲冲冲冲击击击击矿矿矿矿压压压压经经经经常常常常发发发发生生生生在在在在向向向向斜斜斜斜轴轴轴轴部部部部，特
42、特特特别别别别是是是是构构构构造造造造变变变变化化化化区区区区，断断断断层层层层附附附附近近近近，煤煤煤煤层层层层倾倾倾倾角角角角变变变变化化化化带带带带，煤煤煤煤层层层层皱皱皱皱曲曲曲曲，构构构构造造造造应力带应力带应力带应力带。图图图图11-811-8为冲击矿压次数与巷道距断层距离间的关系。为冲击矿压次数与巷道距断层距离间的关系。为冲击矿压次数与巷道距断层距离间的关系。为冲击矿压次数与巷道距断层距离间的关系。图图图图 11-8 11-8 冲击矿压与距断层距离的关系冲击矿压与距断层距离的关系冲击矿压与距断层距离的关系冲击矿压与距断层距离的关系 图图图图11-9 11-9 皱曲部分的受力状态及
43、危险性皱曲部分的受力状态及危险性皱曲部分的受力状态及危险性皱曲部分的受力状态及危险性 褶皱褶皱褶皱褶皱是岩层在水平应力挤压下形成的，这种褶皱大是岩层在水平应力挤压下形成的，这种褶皱大是岩层在水平应力挤压下形成的，这种褶皱大是岩层在水平应力挤压下形成的，这种褶皱大部分在沉积岩层中形成部分在沉积岩层中形成部分在沉积岩层中形成部分在沉积岩层中形成。对于巷道及采面来说，在皱曲。对于巷道及采面来说，在皱曲。对于巷道及采面来说，在皱曲。对于巷道及采面来说，在皱曲的各个部位，出现的危险性是不一样的。的各个部位，出现的危险性是不一样的。的各个部位，出现的危险性是不一样的。的各个部位，出现的危险性是不一样的。（
44、三）开采技术对冲击矿压的影响（三）开采技术对冲击矿压的影响（三）开采技术对冲击矿压的影响（三）开采技术对冲击矿压的影响 冲击矿压大多数发生在巷道冲击矿压大多数发生在巷道冲击矿压大多数发生在巷道冲击矿压大多数发生在巷道(72.6%)(72.6%)，采场则较，采场则较，采场则较，采场则较少少少少(27.4%)(27.4%)。残采区和停采线对冲击矿压发生影响较。残采区和停采线对冲击矿压发生影响较。残采区和停采线对冲击矿压发生影响较。残采区和停采线对冲击矿压发生影响较大。大。大。大。从统计结果看，从统计结果看，从统计结果看，从统计结果看，89%89%的冲击矿压发生在残采区，的冲击矿压发生在残采区，的冲
45、击矿压发生在残采区，的冲击矿压发生在残采区，停采线，断层区域或煤层超采的地方。发生冲击矿压停采线，断层区域或煤层超采的地方。发生冲击矿压停采线，断层区域或煤层超采的地方。发生冲击矿压停采线，断层区域或煤层超采的地方。发生冲击矿压的区域见表的区域见表的区域见表的区域见表11-311-3和图和图和图和图11-1011-10所示所示所示所示。表表表表11-3 11-3 冲击矿压发生的区域分布冲击矿压发生的区域分布冲击矿压发生的区域分布冲击矿压发生的区域分布 图图图图11-10 11-10 发生冲击矿压的区域分布示意图发生冲击矿压的区域分布示意图发生冲击矿压的区域分布示意图发生冲击矿压的区域分布示意图
46、（1 1）开采设计和开采顺序）开采设计和开采顺序）开采设计和开采顺序）开采设计和开采顺序 当当当当在在在在几几几几个个个个煤煤煤煤层层层层中中中中同同同同时时时时布布布布置置置置几几几几个个个个采采采采面面面面时时时时，采采采采面面面面的的的的布布布布置方式和开采顺序将强烈影响煤岩体内的应力分布。置方式和开采顺序将强烈影响煤岩体内的应力分布。置方式和开采顺序将强烈影响煤岩体内的应力分布。置方式和开采顺序将强烈影响煤岩体内的应力分布。冲击矿压经常出现在采面向采空区推进时；冲击矿压经常出现在采面向采空区推进时；冲击矿压经常出现在采面向采空区推进时；冲击矿压经常出现在采面向采空区推进时；在距在距在距
47、在距采空区采空区采空区采空区1540m1540m的应力集中区内掘进巷道；的应力集中区内掘进巷道；的应力集中区内掘进巷道；的应力集中区内掘进巷道；两个采面两个采面两个采面两个采面相向推进时及两个近距离煤层中的两个采面同时开采相向推进时及两个近距离煤层中的两个采面同时开采相向推进时及两个近距离煤层中的两个采面同时开采相向推进时及两个近距离煤层中的两个采面同时开采时。时。时。时。（2 2）上覆煤层工作面停采线和煤柱的影响）上覆煤层工作面停采线和煤柱的影响）上覆煤层工作面停采线和煤柱的影响）上覆煤层工作面停采线和煤柱的影响 图图图图11-11 11-11 巷道过上层停采线时巷道过上层停采线时巷道过上层
48、停采线时巷道过上层停采线时E/WE/W分布图分布图分布图分布图 E/WE/W 为观测范围内单位生产煤量所产生的震动能量为观测范围内单位生产煤量所产生的震动能量为观测范围内单位生产煤量所产生的震动能量为观测范围内单位生产煤量所产生的震动能量(J/t)(J/t)，图图图图11-12 11-12 采面过上层残采区时采面过上层残采区时采面过上层残采区时采面过上层残采区时E E/WW分布图分布图分布图分布图（3 3）采空区的影响）采空区的影响）采空区的影响）采空区的影响 当当当当工工工工作作作作面面面面接接接接近近近近已已已已有有有有的的的的采采采采空空空空区区区区，其其其其距距距距离离离离为为为为20
49、30m2030m时时时时，冲击矿压危险性随之增加。冲击矿压危险性随之增加。冲击矿压危险性随之增加。冲击矿压危险性随之增加。在在在在煤煤煤煤层层层层开开开开采采采采面面面面积积积积增增增增加加加加的的的的情情情情况况况况下下下下，岩岩岩岩体体体体的的的的震震震震动动动动能能能能量量量量也也也也随随随随之之之之增增增增加加加加。研研研研究究究究表表表表明明明明，当当当当开开开开采采采采面面面面积积积积为为为为3 3万万万万mm2 2时时时时，释释释释放的单位面积的震动能量为最大。放的单位面积的震动能量为最大。放的单位面积的震动能量为最大。放的单位面积的震动能量为最大。（4 4）开采区域的影响）开采
50、区域的影响）开采区域的影响）开采区域的影响图图图图11-1311-13总能量与开采面积之间的关系图总能量与开采面积之间的关系图总能量与开采面积之间的关系图总能量与开采面积之间的关系图 二、冲击矿压发生的机理及判据二、冲击矿压发生的机理及判据 冲击矿压发生的物理过程，主要是说明煤、岩介质冲击矿压发生的物理过程，主要是说明煤、岩介质冲击矿压发生的物理过程，主要是说明煤、岩介质冲击矿压发生的物理过程，主要是说明煤、岩介质变形破坏的力学过程，称为变形破坏的力学过程，称为变形破坏的力学过程，称为变形破坏的力学过程，称为冲击矿压的机理冲击矿压的机理冲击矿压的机理冲击矿压的机理。目前对冲。目前对冲。目前对冲