冲击地压防治研究

（破碎的煤体在应力的作用下，重新胶结成坚硬的煤块）
煤柱区垂直应力分布（集中系数10以上）
二、冲击地压发生原因
煤柱区应力的高度集中
煤柱区剪切应力分布
二、冲击地压发生原因
上层煤遗留煤柱和停采线
L=78m
p.416
E/W, / Jt -1
50 0 40 0 30 0 20 0 10 0 0
-100 -60 -20
岩爆前
中度破坏区
严重破坏区
完全闭合区
美国Lucky Friday金 属矿采场中发生的岩爆：
(埋深超过700m, 震级 3.6-4.2, 发生于1988年10 月18日)
美国Lucky Friday金 属矿采场中发生的岩爆：
(埋深超过700m, 震级 3.6-4.2, 发生于1988年10 月18日)
0
-120 -100 -80 -60 -40
E/W, J/t
-20 0 推进, m
200 180 160 140 120 100 80
Ⅲw 巷道
老巷的影响
>
60 40 20 0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120
L , m
动力灾害冲击地压防治
一、冲击地压动力灾害现象
二、冲击地压发生原因 三、冲击地压机理研究 四、冲击危险的预测预报 五、冲击地压解危与治理
5.0~2.0
＜1.5
＜2.0
二、冲击地压发生原因
(4).单向抗压强度
弱冲击倾向
C, MPa
冲击倾向
WET =
a+eb+cRc
100 80 60
弱冲击倾向性 RC≤16MPa
40 20 0 0 5
强冲击倾向性
RC＞16Mpa
C1=Cn
10
15
20
25 Rc, Mpa
30
二、冲击地压发生原因
3.顶板岩层结构的影响
8×109 1×109
震级
4.26 3.8
建筑物破坏数量
427 452
1982.06.04
1984.02.18 1992.05.05 1994.12.09
Bytom
Ligotakochlowice Bojszowy Kochlowice
9×108
2×109 2×109 3×109
3.77
3.95 3.95 4.04
σ σc
Ke=Fs/Fx
0
T,/ms
DT
二、冲击地压发生原因
《中华人民共和国行业标准》MT/T174-2000
煤的冲击倾向鉴定指标值
指标 动态破坏时间 DT/ms 强冲击 弱冲击 50~500 无冲击 ＞500
Ke=Fs/Fx
≤50
冲击能量指数KE/kJ
弹性能量指数WET
≥5.0
≥5.0
5.0~1.5



三、冲击地压机理研究
“三准则”机理模型

强度准则是煤体的破坏准则，而能量准则和冲击 倾向性是突然破坏准则。三个准则同时满足，才 是发生冲击地压的充分必要条件
( f 1、f 2、f 3、f 4、f 5） 1 ① * [ ]
dWS dWE dt dt ＞1 ② dWD dt KE 1 ③ * KE
煤岩动力 灾害－冲击地压
冲击地压：煤岩体突然动力破坏，释放大量能量的 灾害动力现象，可摧毁巷道、引发其他矿井灾害， 造成人员伤亡
煤层冲击地压现象
顶板或底板冲击地压现象
岩爆造成损害细部
岩块嵌入水管表面
电缆被高速抛出的岩块割断
(实验结果表明：岩石弹射速度>50m/s)
50年代中期印度某金矿 巷道中岩爆造成的戏剧性效果(dramatic effect)
一、冲击地压动力灾害现象
冲击地压的特点
直接将煤岩动力抛向巷道，引起强烈震动，产生
强烈声响，造成岩体的破断和裂缝扩展 突发性。无预兆，过程短暂，持续时间几秒到几 十秒，难于准确预报发生时间、地点和强度 瞬时震动性。像爆炸强烈震动，重型设备被移动， 人员被弹起摔倒，震动波及范围可达几公里甚至 几十公里，地面有地震感觉 巨大破坏性。大量煤体突然抛出，堵塞巷道，破 坏支架；造成惨重的人员伤亡和巨大的生产损失 复杂性。 各种条件和采煤方法均出现过
三、冲击地压机理研究
1、压力型冲击地压模型
P
C
P1
顶板
σ
P2
B D c b 顶板 u
c b 煤柱 u ε 顶板压力位移关系 d
煤柱 底板
z
系统结构模型
ε 煤柱压力位移关系 o
A
a
系 统 平 衡
力： P1=P2 能量：A1≤A2
d 2 u1 p1 M 1 2 k (u1 u 2 ) dt P f (u , t ) 2 2
南非某矿岩爆对巷道的破坏 (巷道尺寸3m*3m, 埋深1540m, 震级4)
巷道尺寸3m*3m 深度2600m 震级4
震级3.7
对上图巷道破坏的推断， 估计是由巷道中部岩层 的剪切破坏引起的
动力灾害冲击地压防治
一、冲击地压动力灾害现象
二、冲击地压发生原因 三、冲击地压机理研究 四、冲击危险的预测预报 五、冲击地压解危与治理
1000
断层的影响 >
500
0 -140 -100 -60 -20 20
L, m
二、冲击地压发生原因
皱曲附近冲击危险
I区，皱曲向斜，垂直为压力，水平为拉应力，最易出现冒顶 和冲击地压；II区皱曲翼，垂直和水平均为压应力，最易出 现冲击地压；III区皱曲背斜，垂直拉力，水平压应力，最大 矿山压力区域。
二、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ击地压发生原因
4.地质构造的影响
地层动力运动形成各种各样的地质构造，如断层、 皱曲等对煤矿冲击地压的发生有较大的影响 龙风矿，当巷道接近断层时，冲击地压发生的次数 明显上升，且强度加大
7 6
冲击次数,/N
5 4 3 2 1
25 20 15 -25 10 5 0 -5 -10-15 -20
井巷距断层的距离,/m
二、冲击地压发生原因
煤层分叉和断层附近冲击危险
40
p.418 p.501 p.510
E/W,J/t
30 534工作面 20 10 0
< 煤层分叉的影响
110
-90
-70
-50
-30
-10 0 +10 +30 L, m
E/W,J/t
1500
p.416 h=25m p.510 p.504
坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在其破 断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，导致顶板煤层型顶板型冲击地压。
q 2 L5 Uw 576 EJ
q 2 L5 Uw 8 EJ
Uw与岩层悬伸长度的五次方成正比，即L值越大，积聚的能 量也越多。厚度越大的坚硬岩层越不易冒落，形成的L值也就越 大。例如，厚度为7.64m的坚硬砂岩层，来压步距为53m，按上 式计算出的值，占总能量的90％以上。



一、冲击地压动力灾害现象
5.6
6 5
5.2 4.3 4 3.5 2.9
里氏震级/级
4 3 2 1 0 德国 南非 波兰 三河尖
抚顺
华丰
开采引发地震震级，最大5.6级。我国4级。 一次性破坏巷道500m。 一次3.7级，造成588幢房屋倒塌。
一、冲击地压动力灾害现象
煤岩动力现象与冲击地压
R
σZ
σX σZ σX σZ σX σZ
I I区 最大冲击 矿压危险区
σX
σZ
I II 区 最大矿山压力区
σX
σX
I区 最大矿山压力区 最大冒顶危险区
Z
二、冲击地压发生原因
煤柱区应力的高度集中
煤柱区垂直应力分布
二、冲击地压发生原因
煤柱区应力的高度集中
煤柱区垂直应力分布
二、冲击地压发生原因
煤柱区应力的高度集中
ε
二、冲击地压发生原因
(2).弹性能指数
弹性能指数WET —煤样在单轴压缩条件下破坏前所积 蓄的变形能与产生塑性变形消耗的能量的比值
P
sp W ET Ke=Fs/Fxst
1 2
sp
ST
0
L
二、冲击地压发生原因
(3).动态破坏时间
动态破坏时间 DT —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DT
动使人体各器 官产生共振而 损伤。 医学分析表明：

脑部，91%； 胸部，60%； 内部器官，18%； 上下肢，18%。
一、冲击地压动力灾害现象
4、对地表建筑物的影响
冲击地压对将造成类似于地震那样的灾害。
日期
1970.09.30 1981.07.12
地点
Bytom Bytom
震动能量
588
241 300 140
动力灾害冲击地压防治
一、冲击地压动力灾害现象
二、冲击地压发生原因 三、冲击地压机理研究 四、冲击危险的预测预报 五、冲击地压解危与治理
冲击地压 发生原因分析
二、冲击地压发生原因
二、冲击地压发生原因
1、开采深度
随着开采深度的增加，采矿工程面临的问题 更加复杂，由此产生的工程灾害事故更为严重， 尤其是冲击地压危险加大。 矿压显现强烈 冲击地压危险加大 Rc H 1.73 瓦斯涌出量增加 突出危险性增加 地温升高 开采困难和经济效益下降
一、冲击地压动力灾害现象