浅议煤矿冲击地压机理和其治理技术

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1、浅议煤矿冲击地压机理和其治理技术一•煤矿冲击地压的机理1.1国内外煤矿冲击地压灾害评述煤矿冲击地压和岩爆是一个世界性的灾害现象。从1738年英国的南史塔福煤田发生世界上第一次冲击地压以来，已有260年的历史了。其间在世界上发生冲击地压的国家除我国外，还有英国、波兰、法国、德国、俄罗斯、乌克兰、南非、美国、日本等23个国家和地区。我国最早记录的冲击地压是1933年在抚顺胜利矿发生的。从1933〜1996年的60多年间，全国共有36个矿井累计发生过4000余次破坏性的冲击地压，造成400多人死亡,200多人受重伤，破坏巷道20km之多，其经济损失十分严重。1.2冲击地压理论研究现状

2、的评述南非于1915年就建立了南非矿山冲击委员会，对煤和金属矿的冲击地压进行研究。西德于20世纪50年代初就开始冲击地压的研究工作，并且成功地采用了钻孔卸压措施来防治煤矿井下发生的冲击地压。前苏联的全苏矿山测量科学研究院也制定了《有冲击地压危险煤层的矿井的采矿工程施工安全规程》。在美国主要采用的方法有煤层掏槽、钻孔卸压、卸压爆破和煤层注水等。我国对冲击地压的研究是从60年代才开始的，主要是由一些有严重冲击地压的局矿在生产实践中加以探索。第一次比较系统地进行煤矿冲击地压的研究工作是由重庆大学和煤科总院重庆分院于1978年在天池煤矿进行的。全国性的煤矿冲击地压调研工作于1985年完

3、成。此后，煤炭部于1987年颁布实施由煤科院北京开采所和阜新矿业学院联合起草的我国第一部《冲击地压煤层安全开采暂行规定》。通过广大科技工作者和研究人员的共同努力，已使我国对冲击地压机理和防治措施的研究有了较大的进展，其中煤体注水与深孔松动爆破方法相结合的综合防治措施以及冲击地压的非线性有限元数值模拟、煤岩体地应力场的测试和有限元计算分析、声发射技术、微震监测系统在防治冲击地压的研究与应用方面已达到国际先进水平。对煤、岩体冲击地压和岩爆机理的研究，国内外曾提出了多种理论。按现代力学观点来看，主要有以下几种：1.2.1刚度理论Cook和Hodgeim于60年代提出当煤岩体受力屈服后

4、的刚度大于顶底板和支架的刚度时，便发生冲击地压。而当时，煤岩体处于稳定状态，不发生任何冲击动力现象。1.2.2强度理论强度理论是由G.Brener提出的。该理论认为煤体处于顶底板的夹持之中，夹持特性决定了煤-围岩体系的力学特性。当煤体和围岩的交界处达到极限平衡条件时，煤体便失稳而发生冲击地压。1.2.3能量理论Cook等人在60年代对南非15年来冲击地压的防治情况总结后指出：当煤-围岩体系在其力学平衡状态遭破坏其所释放出的能量大于所消耗的能量时，就发生冲击地压。随后DunkHouse给出了能量平衡的方程式，佩图霍夫对产生冲击地压的能量结构作了分析。1.2.4冲击倾向理论针对不同

5、的煤层，其发生冲击地压的强弱程度各不相同这一事实。国内外提出了煤、岩体的冲击倾向理论。该理论认为当煤岩体的冲击倾向度KE大于它的临界值KC时，便发生冲击地压。国内外已提出的以衡量煤岩体冲击倾向指标概括起来主要表现在煤岩体的能量、破坏时间、变形大小和刚度四个方面：能量指标：弹性变形（应变）能指标WET；冲击能指标WCF；有效冲击能指标GE；弹性能量指标PES；时间指标：动态破坏时间形变指标：弹性变形指标DE；刚度指标：脆性系数KB；刚度比指标KCF.1.2.5“三准则”理论该理论是我国学者在总结了强度理论、能量理论和冲击倾向理论之后所提出来的。其基本观点是将上述三种理论结合起来，

6、并且认为强度准则是煤岩体的破坏准则，而能量准则和冲击倾向准则是煤岩体突然破坏准则，只有当三个准则同时满足时，才能发生冲击地压。1.2.6变形系统失稳理论煤岩体变形系统失稳理论提出了煤岩体系统发生冲击地压的失稳判据，即[6,9,19]DP二0和D2P