冲击地压理论与技术-653培训(第一讲：基本概念)

6.1 冲击倾向性理论
各类煤岩组合模型的组合方式
组合形式 煤：直接顶 煤：底板 煤：基本顶 底板：煤：基本顶 底板： 高度比例 1： 1 1： 1 1： 2 1 ： 1 ：1 组合形式 煤：直接顶 煤：基本顶 煤：基本顶 高度比例 1： 2 1： 1 1： 3 煤：直接顶：基本顶 1：1：1 底板：煤：基本顶 1：1：1 底板： 直接顶：
把突变理论、分叉理论、混沌学动力学、及分形理 把突变理论、分叉理论、混沌学动力学、 论引入 还针对不同的地质开采条件，对冲击地压进行了理 还针对不同的地质开采条件， 论研究
稳定 非稳定
“三因素”理论 三因素”
6.1 冲击倾向性理论
σ σ
0
加载过程 煤样动态破坏时间
煤样动态破坏时间测定示意图
6.1 冲击倾向性理论
冲击地压理论与技术
齐庆新
博士后/研究员/首席专家/ 博士后/研究员/首席专家/所长 煤炭科学研究总院开采分院采矿研究所 天地科技股份有限公司开采所事业部Leabharlann 2008年 2008年7月
提 纲
第一讲 第二讲 第三讲 第四讲 基本概念 我国冲击地压现状与研究进展 冲击地压技术规范 冲击地压预测与防治
第一讲 基本概念
6.2 “三因素”理论 三因素” 三因素
“三因素”机理从煤岩体结构特性出发研究 三因素” 冲击地压发生机理时提出的。 冲击地压发生机理时提出的。 从发生冲击地压煤岩体结构的特征和冲击地 压显现特点看， 压显现特点看，冲击地压过程实质就是煤岩 体受力过程的瞬间滑动失稳过程， 体受力过程的瞬间滑动失稳过程，即为粘滑 过程。 过程。 特别是相对于发生在断层、 特别是相对于发生在断层、煤层变薄带附近 的冲击地压，更表现为粘滑过程。 的冲击地压，更表现为粘滑过程。 通过煤岩摩擦滑动试验可以验证冲击地压的 粘滑失稳理论---- 三因素” 粘滑失稳理论---- “三因素”机理
6、冲击地压发生机理 、
基于煤岩体破坏是强度问题，形成了强度理论。 基于煤岩体破坏是强度问题，形成了强度理论。 强度理论
K>K I <I<I I<I I<I R>R E>E I R>R E>E I∈ 国内学者又先后提出了“三准则”理论、失稳理论、 国内学者又先后提出了“三准则! 理论、失稳理论、 ∏为最大 ” 为最大! 冲击倾向性理论
6.1 冲击倾向性理论
顶板冲击倾向性分类
1类 分类指标 无冲击倾向 弯曲能量指数 UWQ UWQ≤10 弱冲击倾向 10＜UWQ≤100 10＜ 强冲击倾向 UWQ≥100 2类 3类
6.1 冲击倾向性理论
组合煤岩的冲击倾向性 冲击地压的发生不仅仅与煤、 冲击地压的发生不仅仅与煤、岩层的冲 击倾向性有关 ，而且与煤岩层的结构特 点和煤岩层的组合形式具有密切的关系. 点和煤岩层的组合形式具有密切的关系. 为使煤岩冲击倾向性测定更能充分反映 煤岩层实际特点 ，开展了煤岩组合模型 的冲击倾向性实验测定研究. 的冲击倾向性实验测定研究.
根据显现强度
等级 里氏地震级 1 0.5~1.0 2 1.1~1.5 3 1.6~2.0 4 2.1~2.5 5 2.6~3.0 6 ≥3.0
3、冲击地压的分类
存在困难
指标的单调性 资料的局限性
确定原则
尊重《规定》 尊重《规定》 适度增加指标
3、冲击地压的分类
1 项目 冲击地压 性质 煤体重力型 煤体重力型 煤体重力型 顶板弹性型 煤体构造型 顶板断裂型 顶板断裂型 断层位错型 2 破坏半径 /m 0~6 0~20 10~40 30~60 50~80 80或以上 80或以上 3 震级/ML 震级/ML <1.6 1.7~2.0 2.0~2.4 2.4~2.8 2.6~3.2 3.0以上 3.0以上 4 震动持续时间 /s ≤2.5 2.0~4.0 4.0~6.0 5.0~10.0 10.0~30.0 ≥30
管理因素
冲击地压的发生与否，或是否构成灾害， 冲击地压的发生与否，或是否构成灾害，与 管理直接相关。 管理直接相关。
5、冲击倾向性 、
反映煤岩材料产生冲击破坏能力的固有属 性称之为冲击倾向性。 性称之为冲击倾向性。 煤层
动态破坏时间D 动态破坏时间DT 弹性能量指数W 弹性能量指数WET 冲击能量指数K 冲击能量指数KE
发展趋势渐趋严重
数量不断增加：32到100！范围不断扩大:19个省区 数量不断增加：32到100！范围不断扩大:19个省区
3、冲击地压的分类
1983年 冲击地压煤层安全开采暂行规定》 1983年《冲击地压煤层安全开采暂行规定》中规定了 我国煤矿冲击地压的分类方法 ： 根据破坏后果
一般冲击地压 破坏性冲击地压 冲击地压事故
0 1 .5 2 .0 ?L m (m )
某矿煤的动态破坏时间曲线
某矿煤的冲击能量曲线
某矿煤的弹性能量曲线对比
6.1 冲击倾向性理论
组合模型冲击倾向性试验结果
组合模型的冲击倾向性强于单一煤试件 组合模型的抗压强度高于单一煤试件，变形量大于单 一煤试件 组合模型的冲击倾向性与所用煤、岩石自身的性质具 有密切关系 ：煤、岩石的抗压强度高的煤岩组合模 型，其冲击倾向性强，组合后冲击倾向性更加剧烈； 而煤与岩石的抗压强度相差无几时，组合模型的冲击 倾向性变化不大；岩石比煤的抗压强度越高，组合模 型的冲击倾向性比单一煤试件的越强烈。
冲击发生前巷道位置 顶板岩层 煤 层
底板岩层
冲击地压现象描述
巷道冲击地压描述
▼
发生在老虎台煤矿的冲击地压
2、冲击地压的特点 、
突发性 没有明显的宏观前兆而突然发生， 没有明显的宏观前兆而突然发生，
过程短暂（持续几秒到十几秒），难以事先准 过程短暂（持续几秒到十几秒），难以事先准 ）， 确确定发生时间、地点和强度。 确确定发生时间、地点和强度。
2 5
2 0
4 0
4 0 3 0 2 0 1 0 3 7 0 -1 0 4 7
3 0 2 0
1 5
1 0
1 0 0 -1 0
0 100 50 300 00 400 50 600 00
86 .0
1 .5
5
62 .5
t ms ( )
0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 ?L m .0 .5 .0 .5 .0 .5 .0 .5 .0 .5 (m )
6.2 “三因素”理论 三因素” 三因素
三种试样 砂岩－砂岩 砂岩－煤 煤－煤试样
三种试样示意图
分析结果： 砂岩—煤试样： 粘滑失稳过程 砂岩—砂岩 煤—煤试样： 稳定滑动过程
6.2 “三因素”理论 三因素” 三因素
该理论认为，冲击地压多发生在断层、煤层变化等构造 该理论认为，冲击地压多发生在断层、 区域，冲击地压与煤岩体结构密切相关， 区域，冲击地压与煤岩体结构密切相关，冲击地压的发 生除与内在因素 冲击倾向性） 力源因素（ 内在因素（ 生除与内在因素（冲击倾向性）、力源因素（高度应力 集中或较高的能量贮存与动态扰动）有关外， 集中或较高的能量贮存与动态扰动）有关外，煤岩体结 构因素（具有弱面和容易引起突变滑动的层状介面） 构因素（具有弱面和容易引起突变滑动的层状介面）也 是冲击地压发生的主要因素之一。内在因素、 是冲击地压发生的主要因素之一。内在因素、力源因素 和结构因素是导致冲击地压发生的最主要因素， 和结构因素是导致冲击地压发生的最主要因素，特别是 结构因素是导致冲击地压发生不可忽视的主要因素。 结构因素是导致冲击地压发生不可忽视的主要因素。事 实上，煤岩体不具有冲击倾向性不会发生冲击地压； 实上，煤岩体不具有冲击倾向性不会发生冲击地压；煤 岩体不具有高度的应力集中或足够的弹性能不会发生冲 击地压；煤岩体不存在弱面或软层等结构， 击地压；煤岩体不存在弱面或软层等结构，则不会引起 局部的破裂、损伤、失稳与滑动，也不会发生冲击地压。 局部的破裂、损伤、失稳与滑动，也不会发生冲击地压。
0 0 0 2 1, 2 1, 寻找煤岩突然破坏的原因和规律时提出了能量理论、 寻找煤岩突然破坏的原因和规律时提出了能量理论、 能量理论 0, 0 刚度理论 冲击倾向性理论 刚度理论和冲击倾向性理论 0, “三准则” “三准则”理论 三准则 失稳理论 “三因素”理论 、强度弱化减冲机理等。 三因素” 三因素 “三因素”机理、强度弱化减冲机理等。 三因素”机理 强度弱化减冲机理
在 冲 击 地 压 发 生 机 理 中 进 一 步 讲 述
顶板
弯曲能量指数U 弯曲能量指数UWQ
5、冲击倾向性 、
冲击倾向性测定行业标准的制订 （煤炭科学研究总院北京开采研究所主持） 煤炭科学研究总院北京开采研究所主持）
《煤层冲击倾向性分类及指数的测定方法》（MT/T174煤层冲击倾向性分类及指数的测定方法》 MT/T1742000） 2000） 《岩层冲击倾向性分类及指数的测定方法》（MT/T866岩层冲击倾向性分类及指数的测定方法》 MT/T8662000） 2000）
6.1 冲击倾向性理论
（a）组合模型；（b）、（c）组合模型承压破坏的状况 组合模型；（ ）、（c ；（b 组合模型破坏前后的状况
6.1 冲击倾向性理论
P(kN) 8 0 7 0 6 0 5 0
5 0 P(kN) 8 0 7 0 6 0
组合 纯 煤
组合 纯 煤
P(kN)
3 0
组合 纯 煤
1 .7 23
新 方 法
1 微弱 2 弱 3 中等 4 较强 5 强烈 6 极强烈
4、冲击地压的影响因素 、
矿山地质因素
开采深度、煤岩层性质、地质构造等。 开采深度、煤岩层性质、地质构造等。
开采技术因素
采煤方法、顶板管理、巷道布置、开采顺序、 采煤方法、顶板管理、巷道布置、开采顺序、 煤柱、爆破干扰等。 煤柱、爆破干扰等。
σ
卸载曲线 加载曲线