平煤集团十二矿冲击型动力现象成因探析及防治

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1、平煤集团十二矿冲击型动力现象成因探析及防治关键词冲击型动力现象成因初探防治内容提要本文主要介绍了对平煤集团十二矿三水平回风下山掘进工作面冲击型动力现象的发生机理的初步认识及防治技术。通过对冲击型动力现象的发生机理进行探讨，从而采取针对性的防治措施，取得了明显的效果，为其它掘进工作面冲击型动力现象的防治提供了技术支持。冲击型动力现象是指在巷道掘进过程中，承受高压的脆性煤体或岩体极限平衡遭到破坏，向自由空间突然释放能量的动力现象，是一种严重威胁煤矿安全生产的动力灾害，具有突发性和巨大的破坏性。平煤集团十二矿目前的

2、开采深度已经达到1100m,标高达到-775m,三水平回风下山施工至对应标高为-730m,垂深1100m位置时，发生了一次由冲击地压引起的岩石和煤与瓦斯动力现象，抛出大量的岩石和煤，涌出大量的瓦斯，并且造成巷道断面缩小，磚子发生位移。因此随着开采深度的增加，冲击地压已经严重影响我矿的安全生产，成为又一种新的自然灾害。1、地质概况己七三水平回风下山位于己七采区下部，南接二期回风下山下部，北至李口向斜轴部附近。该工作面设计长度2230m,标高一590m820m左右，垂深为890mT200m左右，对应地面标高为18

3、0-370m。巷道布置在己15煤层之中，该工作面煤层赋存较稳定。正常煤层为原生结构煤，煤的破坏类型为II-III类，局部为IV类，煤层节理比较发育。煤层倾角在8-20°左右，平均120o煤层顶板为深灰色砂质泥岩,底板为黑色泥岩，透气性较差，性脆，煤层干燥，塑性差，不利于瓦斯的释放。煤层瓦斯含量约18-25m3/t,掘进过程中绝对瓦斯涌出量约1.7—4m3/mino该面无大的构造分布。2、冲击型动力现象的特征2009年11月29日凌晨3点45分，当三水平回风下山施工到距开口940m时，发生了煤岩与瓦斯突出，突出

4、瓦斯量1600m3,煤岩量80吨,抛出距离7.7m.。本次动力现象有如下特征：1）抛出煤岩体充填巷道总长度7.7m,其中前4m为全巷道堆积，后3.7m为半巷道堆积，突出总量约为80t；2）抛出物上部为一层破碎岩石块，无分选性，其内部有少量碎煤；3）从抛出的煤岩及堆积状态看，无瓦斯通道；4）抛出物表面及后部未见浮尘堆积；5）经观察，动力源主要来自巷道左侧，巷道右侧见煤壁外鼓0.24m；巷道顶板可见较大的向外冲击力影响而导致的梯形梁及钢筋网的明显变形，锚索锁头松动，直接顶板发生明显不均匀下沉，局部产生台阶错动；两

5、帮梯字梁变形；底板溜子向巷道右帮偏移50,最大推移距离达到0.9m；3、动力现象机理初步分析从突出发生前瓦斯及突出危险性效果检验、突出发生过程、突出现场（无）风流痕迹、突出发生后瓦斯涌出量的变化，以及动力现象引起的巷道围岩变形破坏特征表明，本次动力现象不是一次普通的煤与瓦斯突出。3.1冲击特征分析三水平回风下山掘进位置巷道埋深约1100m,巷道处于李口大向斜翼部下段，受构造应力影响严重，根据测算，该处巷道的原岩应力中垂直应力为ot=30MPa,最大水平应力大于osmax=40MPa（图1）；考虑到巷道开挖后围

6、岩应力重新分布引起的应力集中，巷道周边最大应力可超过80MPa以上，围岩处于高应力状态。该煤层顶板为厚7.8m的较坚硬致密的砂质泥岩，同时，煤层干燥而呈性脆，巷道掘进过程中围岩可能达到或超过煤岩体的强度极限；脆性的巷道围岩具有冲击倾向性，高应力和硬脆的围岩必然满足冲击地压能量条件。因此，可以认为，巷道开挖过程中，煤岩体处于极限应力状态。也就是说，该段巷道具有冲击危险性。3.3动力现象机理初步分析为了探讨动力现象发生机理，可以将围岩系统视为顶板、底板、煤层组成的力学体系，其系统结构模型如图2o煤层中开掘的巷道可

7、视为被顶底板夹持弹性体。从极限平衡的意义上来看，煤体夹持出现于高应力作用的掘进头，煤体夹持作用所产生的力学效应是：——高应力、并在顶板岩层和煤层中储存（积累）有相当高的弹性能；——高压带和弹性能积聚区位于巷道周边的应力集中带；——顶底板岩体和煤层处于极限平衡状态；——煤层系统失稳是由于顶板厚层弯曲断裂释放的弹性能引起。上述四点表明，在煤体稍有扰动时，就可能导致煤体破裂。在动载荷作用下，煤体内部产生附加应力，并导致系统失稳；煤体失稳形式主要决定于应力释放类型和强度；从冲击地压的角度分析，若应力大小足以酿成一次冲

8、击地压，则被压缩的煤体将产生冲击式的加速破坏，此时，在煤体中原有的结构弱面处或新破裂面处的强度急剧下降，煤体作为一个内部具有一定程度破裂的整体，在冲击能的作用下，克服煤体与顶板的压剪作用力，煤岩体破坏并快速抛入巷道内。除了高应力对掘进头产生的夹持压力外，若煤体中若存在较高的瓦斯压力，则瓦斯压力伴随煤体破裂而释放出的瓦斯能则会降低由夹持而发生失稳的临界；能量的叠加将使发生冲击和煤岩突出更加容易、强度会