掘进工作面冲击矿压解危治理研究

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1、掘进工作面冲击矿压解危治理研究摘要：本文以掘进工作面发生冲击矿压的特点以及对发生冲击矿压原因的分析，确定掘进工作面发生的冲击矿压的类型.根据掘进工作面冲击矿压显现特征的分析，确定“巷道的上覆岩层与底板“夬持”作用导致掘进工作面煤体受力过大形成冲击”是工作面掘进期间冲击矿压显现特征的主要原因。通过掘进工作面冲击矿压解危措施的实施，积累了大量经验，并根据理论分析和现场实践针对性的制定了卸压解危方案。最大程度上的保证了工作面的安全掘进.关键词：冲击矿压解危治理防治机理防范措施爆破卸压安全生产由于冲击矿压对采矿业的严重威胁，以及冲击矿压的发生原因极其复杂，影响因素多

2、，发生突然，破坏性极大，因而引起国际岩石力学和采矿工程界的广泛关注和投入，并进行了大力研究。对于冲击矿压问题的研究，主要集中在三个方向上：一是冲击矿压发生机理的研究；二是冲击矿压危险性评价、监测与预测预报技术的研究；三是冲击矿压治理措施的研究。口前冲击矿压防范技术主要包括合理的开采布置、保护层开采、放顶煤开采技术、高压水射流切槽割缝技术等方法（华亭煤矿用到的有合理的开采布置、巷道强支护、让压支护体系、放顶煤开采技术等方法）。冲击矿压解危技术主要包括煤体卸压爆破、顶板深孔爆破、底板深孔爆破、大直径钻孔卸压、注水卸压等技术。在冲击矿压预测方面主要有微震法、钻屑法

3、等方法。华亭煤矿根据自身地质条件、掘进以及回采技术条件和组织管理条件分析认为，杜绝冲击矿压灾害的发生目前是不可能的，对冲击矿压的防治尤其是具有高冲击危险的区域只要将其发生的时间、规模及由此带来的危害控制在一定的限度内即可。-＞冲击矿压的强度弱化减冲防治机理在煤层掘进或回采吋，工作面前方的煤体内一般形成3个应力带，即卸压带、集中应力带和原始应力带。对冲击危险煤层而言，卸压带内地应力都比它们的原始值大为降低，是阻止冲击的防护带；集屮应力带内的地应力比原始值高，从而聚集了大量的弹性能，故这一带是发动冲击的策源地。如果采掘速度较快，集中应力带内的应力集中来不及转移，

4、聚集的能量来不及释放，使煤体在高应力下直接暴露,形成沿推进方向较高的应力梯度，就可能因释放大量的能量而激发冲击。为了能够防治冲击矿压的发生，可实施强度弱化减冲的系统动态防治理论，即可以监测煤体中聚集的弹性应变能的大小（或应力大小），当检测到接近临界值时，即煤岩体所释放的能量可能达到临界灾变能量，这时可以利用卸压爆破、大査径钻孔卸压等方法释放煤体的弹性应变能，使得煤体所释放的能量永远达不到临界灾变能量，这样就不会存在冲击危险，也不会影响工程的进度，实现冲击矿压的动态防治。冲击矿压的强度弱化减冲理论包括三个方面的内容：一是对工作面巷道周围的煤岩体进行弱化，降低其

5、强度，防治冲击矿压的发生；二是对煤岩体的强度进行弱化后，使得应力高峰区向岩体深部转移，并降低应力集屮程度；三是采取一定的措施后，降低发生冲击矿压的强度，使其对周围巷道和工作面、工作人员等的伤害程度减少。众所周知，巷道周围的煤岩体内存在有固定支承压力，并且随着时间的推移，煤岩体要产生变形，缓慢释放能量。而工作面前方煤岩体内存在移动支承压力，而且随着巷道的掘进，移动支承压力向前推移。在巷道掘进过程中，煤岩体破碎，向外释放能量。一般情况下，煤岩体内聚集的能量由弹性变形能、顶板运动时产生的动能、矿震发生时，传播出来的地震能，热能等组成。假设：1、煤岩体中初始积聚和耗

6、散的弹性应变能之差为U。；2、极限弹性应变能为Ukmi„（即发生冲击时煤岩体中所积聚的弹性应变能）；3、任意时刻煤岩体内弹愜应变能的Z增量（即聚集的弹性应变能能量与耗散的能量之差），为IK,；4、实施卸压爆破一次释放的能量为U（.（U°与炸药装药量的多少有关。装药量一定时，U。为一定值）。在工作面回采或巷道掘进过程中，任意吋刻煤岩体内弹性应变能的增量U是一个随时间不断变化的变量，其中。、£、T为控制变量。弹性应变能增量Ut的变化可能会出现如下的三种可能性：1、当竺〉o,说明煤岩体内聚集的弹性能多于耗散的弹性能，dt弹性应变能增量Ut随时间增加；2、当竺=0,

7、说明煤岩体内聚集多少弹性能，就耗散多数弹性dt能，能量的聚集与耗散处于平衡状态；3、当尝＜0,说明煤岩体内耗散的弹性能多于聚集的弹性能，dt弹性应变能增量Ut随时间不断的降低。因此，工作面前方或巷道周围煤岩体内弹性能的变化可由如下模型来表示，如图1-1所示，其中Ut表示任意时刻冲击煤岩体所积聚的弹性应变能的增量，Uk"i"为发生冲击矿压吋煤岩体内所具有的最小能量。工作面C-EY--J-图1-1工作面前方弹性能的变化示意图dUtd(jrrz/dsJgdT已知:〒=〃()莎+讥)忑+/(丁)击(1-1)为了研究的方便，假设卩0（即不考虑温度対冲击的影响），

8、0—£服从广义虎克定律（即考虑弹性应变能），因此上述