软岩矿井冲击矿压的影响因素和防治技术

剧 增加 ， 发生 了多起 严重 冲击 矿压 事故 ， 这些 事故 均
被 鉴定 为二级 以上 的严 重 型 冲击 矿 压 ， 煤 矿 安 全 给 生 产造 成 了直 接 威 胁 。因 此 ， 效预 测 和防 治 软 岩 有
岩体应力愈高， 高应力所导致的矿压显现和冲击矿 压 等现象 就愈严 重 。
总第 １１期 ３
ｄｉ１ ．９９ ｊｉ ｎ １０ ｏ：０３ ６ ／．ｓ ．０５—２９ ．００ ０ ． １ ｓ ７ ８ ２ １ ．８０ ２
软 岩矿 井 冲击 矿 压 的影 响 因素 和 防 治技 术
张
摘
杨， 阚士 凯 ， 朱 劫 ， 代华 明
（ 中国矿业 大学 矿 业工程 学院， 江苏 徐州 ２ １ １ ） ２ １６ 要： 通过 分析影响软岩矿井 冲击矿压 的主要 因素及各 因素在 冲击 矿压 中的作用 机制 ， 提出 了相应 的防
治措施 ， 对软岩煤矿安全生产具有理论指导意义 。
关键词 ： 岩 ； 击矿压 ； 响因素； 软 冲 影 防治 中图 分 类 号 ：Ｄ ２ Ｔ ３ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ５ ２ ９ （０ ０ ０ －０ ３ ０ １０ — ７ ８ ２ １ ）８ ０ ３ — ２
冲击矿压 是矿 山开 采 中发 生 的煤岩 动力 现象 之
当煤层 采动后 ， 力重新 分 布 ， 应 其应 ～ ３或 ４～ ５或者 更 大 。此 时 的最大 主应
力 １＂ ＝ ｏｌ ０ Ｋ ＂。
’
为 泊松 比 ； 煤体 密度 ； ｙ为 日为煤层 开采 深 度 ；
式中： 为体变弹性能 ； Ｅ为压缩弹性模量 ； 为
杨 （９ ７一） 男 ， １８ ， 河南安 阳人 ，中国矿业 大学矿业工程学院在读本科生 。
３ ３
张 杨等 ： 软岩矿井冲击矿压的影响因素和 防治技术
第１ 第８ ９卷 期
会诱 发 冲击 矿压 。再 者 ， 道相 向掘 进 或 回采 工作 巷
矿 井 的冲击矿 压 ， 提 高 我 国煤 炭生 产 的安 全性 十 对
分 必要 。
１ 软岩矿井冲击矿压 的影响 因素
对 于煤层 软 、 板软 、 底 顶板 软 的“ 三软 ” 区 ， 矿 由 于松 软煤层 自身的物 理 、 学性 质 ， 冲击倾 向性 不 力 其 大， 因此 ， 软岩矿 井 冲击矿 压应 主要考 虑煤 体 的开采 深度 和受力 环境 、 回采 工艺 及巷 道掘 进等 因素 。
压。
１ ３ 回采 工艺与 巷道 掘进 ．
一
此 时煤 体 中体 积 变形积 聚 的弹性 能为 ：
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般 来 说 ， 于 房 柱式 、 对 刀柱 式 、 壁水 采 等 采 短
一
Ｅ（ ） ｙ“ 。 １一 。
ｚ 。
煤 方法 ， 由于采掘 巷 道 多 ， 留煤 柱 多 ， 成 多 处 支 遗 形 承 压力叠 加 ， 容易 发生 冲击 矿压 。所 以 ， 对具 有 冲击 危 险 的软岩 矿井最 好采 用直 线长 壁式 采煤方 法 。此 外 ， 炮开 采或 巷 道 掘进 时 ， 生 的震 动 ， 引 起 动 放 产 可 载荷 ， 不仅 使煤 层 中 的应 力 迅 速 重新 分 布 而 增 大对
１ １ 开采 深度 ．
根 据 弹性能 理论 ， 煤层 在 未 受 采 动影 响 的三 向
应 力状 态下 ， 煤体 所受 应力 为 ：
ｌ ｙＨ ，ｒ ｄ２ ３ 日。
等 ， 冲击矿压的发生及强度的大小都有一定影响。 对 另外 ， 随着 工作 面 的推进 ， 工作 面 的煤壁 上方一 些未 垮 落 而形成 悬臂 梁 的 顶板 在 自重 应 力 的作 用 下 ， 使 自工作 面采 场 到煤体 深处 的一 段范 围 出现 应力 集 中 现象 ， 应力 经煤体 传 向底板 ， 在相邻 采 空 区的煤壁 而 也 会 出现叠 加 的集 中应 力 现 象 ， 整 个 煤 柱成 为一 使 个 极大 的压 应力 源 。当工作 面煤 壁前 方所形 成 的集 中应力 超过 煤体 的承 载 极 限 ， 很 容 易诱 发 冲击 矿 就
１ ２ 煤岩 体 受力环 境 ．
在多 数 软 岩矿 井 中 ， 呈 片状 ， 理 发育 ， 质 煤 节 煤 较软 ， 硬度 系数 较 小 ， 层顶 底 板 为 泥 质 页岩 ， 压 煤 抗 强度 都较 小 。在这 样 地 质 条 件下 ， 一般 传 统 的 研究 认 为不可 能发 生 冲击 矿 压 。但 在 软岩矿 井 的采掘过 程 中 ， 岩体 内形成 一定 的 自由空 间后 ， 煤 不仅破 坏 了 煤 岩 的原 始应 力平衡 状 态 ， 成 附加载 荷 ， 生 使应 力 重 新 分 布 ， 成 高应力 区 ， 形 同时又 为被 积 蓄的弹性 能释 放创 造 了条 件 。所 以 ， 体 的 空 间分 布 、 态 特 征 煤 形
煤层 采动后 的最 大 主应力 ； 为 应力集 中系数 。
收 稿 日期 ：０ ００ － ２ １ －３２ ５
煤体 的压应力 ， 而且会破坏煤壁边缘侧 向约束阻力 ， 使煤体的应力状态 由三 向压缩变为二 向或单轴压 缩， 抗压强度下降 ， 从而使煤体破 坏。因此 ， 放炮也
作者简介 ： 张
一
根据 上式 可知 ， 在开 采过 程 中 ， 煤层 内所 积聚 的
，
是 指聚积 在矿 井巷 道 和采 场 周 围煤 岩 中的 能 量
弹性 能 比未开 采前 大 倍 。而且 开采 深度 愈大 ， 煤
以突然 释放 ， 在井 巷发 生爆炸 性事 故 ， 生 的动力 将 产
煤岩抛向巷道 ， 同时发出强烈声 响。造成煤岩体震 动 和煤 岩体破 坏 ， 支架 与设备 损坏 、 井巷 的破 坏 以及 人 员 的伤亡等 。近 年 来 ， 随着 煤 矿开 采 强 度 的加 大 及 开采 深度 的增加 ， 软 煤 层 中的 冲击 矿 压 现 象 急 松