冲击倾向性与冲击危险性理论及冲击地压防治实践研究

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1、冲击倾向性与冲击危险性理论及冲击地压防治实践研究齐庆新博士后/研究员/首席专家/研究室主任煤炭科学研究总院北京开采研究所天地科技股份有限公司开采所事业部20**年8月提纲1冲击地压灾害严重性及研究的必要性2冲击倾向性2.1冲击倾向性理论2.2组合煤岩的冲击倾向性3冲击危险性3.1冲击危险性的定义3.2冲击危险性等级与冲击危险性评价方法3.3地质动力区划法在在评价冲击危险性中的应用3.4数量化理论方法在评价冲击危险性中的应用4冲击地压实例4.1华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压4.2深部开采非坚硬顶板

2、条件冲击地压4.3急倾斜特厚煤层开采冲击地压5结论几个概念：冲击倾向性冲击危险性冲击地压、岩爆、矿震冲击地压预测冲击地压防治1冲击地压灾害严重性及研究的必要性我国冲击地压灾害日趋严重截止2004年年底，新发生冲击地压的矿井近70个，分布范围扩大到新汶、徐州、兖州、华亭等局矿开采深度已达到750～1250m仅1997年至2004年底，在大同、抚顺、北京、华亭、阜新等局矿因冲击地压的发生而导致的重大伤亡事故就多达10余起，死伤人数达百余人。02004006008001000198519901995200

3、020052010年份采深/M020406080100120140数量冲击地压矿井平均开采深度冲击地压矿井数量冲击地压矿井数量与采深随时间变化冲击地压发生机理至今尚不完全清楚冲击地压发生机理至今尚不完全清楚冲击地压预测防治的有效性不高冲击倾向性和冲击危险性能够够从本质上认识冲击地压问题“三因素”理论内在因素（冲击倾向性）力源因素（采动应力集中）结构因素（弱面软层结构）巷道冲击地压描述冲击地压：煤岩体在高应力作用下产生的动力破坏现象。岩爆：高地应力条件下硬脆性围岩因弹性应变能突然释放而产生的爆裂、剥落

4、、弹射甚至抛掷。矿震：采矿活动而引起的诱发地震。既有联系，又有显著差异震级、烈度、震源分级分类：应以破坏为主失稳、破坏、局部性岩爆现象描述（a）Displacementvectors（b）Stressvectors煤巷（a）Displacementvectors（b）Stressvectors硬岩巷（a）Displacementvectors（b）Stressvectors完整岩层(水平)（a）Displacementvectors（b）Stressvectors完整岩层(30°)组合煤岩的摩擦滑动

5、失稳实验岩石材料的摩擦滑动性状：两种滑动特性，即稳定滑动和粘滑实际发生冲击地压的煤岩体：“三硬”结构，且在顶板与煤层之间存在着一层较薄的粉状软煤实际冲击地压多发生在断层、背向斜构造及煤层变薄带附近冲击后主要表现为煤体的冲出三种试样砂岩－砂岩砂岩－煤煤－煤试样三种试样示意图砂岩—砂岩试样摩擦滑动曲线砂岩—煤试样摩擦滑动曲线煤—煤试样摩擦滑动曲线分析结果：砂岩—煤试样：粘滑现象砂岩—砂岩煤—煤试样：稳定滑动状态2冲击倾向性2.1冲击倾向性理论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。煤的动

6、态破坏时间DT弹性能量指数WET冲击能量指数KE顶板弯曲能量指数UWQ煤样动态破坏时间测定示意图弹性变形能指数测定示意图冲击能量指数测定示意图煤层冲击倾向性分类表分类指标无冲击倾向弱冲击倾向强冲击倾向煤的动态破坏时间DT/msDT＞50050＜DT≤500DT≤50弹性能量指数WETWET＜22≤WET＜5WET≥5冲击能量指数KEKE＜1.51.5≤KE＜5KE≥5顶板冲击倾向性分类表分类指标1类2类3类无冲击倾向弱冲击倾向强冲击倾向弯曲能量指数UWQUWQ≤1010＜UWQ≤100UWQ≥100

7、2.2组合煤岩的冲击倾向性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。各类煤岩组合模型的组合方式表组合形式高度比例组合形式高度比例煤：直接顶：基本顶1：1：1底板：煤：基本顶1：1：1煤：直接顶1：1煤：直接顶1：2煤：底板1：1煤：基本顶1：1煤：基本顶1：2煤：基本顶1：3底板：煤：基本顶1：1：1（a）组合模型；（b）、（c）组合模型承压破坏的

8、状况组合模型破坏前后的状况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用组合模型测定冲击倾向性与所用煤、岩石自身的性质具有很大关系：煤、岩石的抗压强度都高，冲击倾向性强，组合后冲击倾向性更加剧烈；煤与岩石的抗压强度相差无几，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。3冲击危险性3.1冲击危险性的定义发生冲