煤矿冲击地压形成机理和防治措施研究

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1、煤矿冲击地压形成机理和防治措施研究　　摘要：冲击地压具有很大的破坏性，是影响煤矿安全生产的重要因素之一。本文分析了冲击地压形的机理并对冲击地压的防治做出简要的探讨。关键词：冲击地压灾害防治安全生产冲击地压是指井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。破坏性极大，是影响煤矿安全生产的重要因素之一。目前冲击地压灾害事故得到好转，但是仍时有发生。1冲击地压发生的机理对冲击地压成因和机理的解释主要有强度理论、能量理论、冲击倾向理论和失稳理论。1.1、强度理论较坚硬的顶底板可将煤体夹紧，阻碍了深部煤体自身或煤体围岩交界处

2、的变形。由于平行于层面的摩擦阻力和侧向阻力阻碍了煤体沿层面的移动，使煤体更加压实，承受更高的压力，积蓄较多的弹性能。在煤体夹持带内，压力高、并储存有相当高的弹性能，高压带和弹性能积聚区可位于煤壁附近。一旦高应力突然加大或系统阻力突然减小时，煤体可产生突然破坏和运动，抛向已采空间，形成冲击地压。61.2、能量理论当矿体与围岩系统的力学平衡状态破坏后所释放的能量大于其破坏所消耗能量时，就会发生冲击地压。1.3、冲击倾向理论发生冲击地压的条件是煤体的冲击倾向度大于实验所确定的极限值。可利用一些试验或实测指标对发生冲击矿压可能程度进行估计或预测，这种指标的量度称为冲击倾向度。其条件是：介

3、质实际的冲击倾向度大于规定的极限值。1.4、失稳理论我国一些学者认为：根据岩石全应力——应变曲线，在上凸硬化阶段，煤、岩抗变形（包括裂纹和裂缝）的能力是增大的，介质是稳定的；在下凹软化阶段，由于外载超过其峰值强度，裂纹迅速传播和扩展，发生微裂纹密集而连通的现象，使其抗变形能力降低，介质是非稳定的。在非稳定的平衡状态中，一旦遇有外界微小扰动，则有可能失稳，从而在瞬间释放大量能量，发生急剧、猛烈的破坏，即冲击地压。2冲击地压的影响因素2.1、地质因素6开采深度的加大使地应力值增加。一般在达到一定开采深度后才开始发生冲击地压，总的趋势是随采深增加，冲击危险性增加。这主要是由于随采深增加

4、，原岩应力增大的缘故。地质构造如褶曲、断裂、煤层倾角及厚度突然变化等也影响冲击地压的发生。煤层倾角和厚度局部突然变化地带，实际是局部地质构造应力积聚地带，因而极易发生冲击地压。2.2、开采技术因素开采多煤层时，任何造成应力集中的因素，如开采程序不合理、本层回采不干净、相邻两层开采错距不合适等，均对防治冲击地压不利。国内外大量实践表明，冲击地压往往伴随着井下生产过程的某些工序（如爆破、冒顶、采煤等）而发生，这些因素本身的能量很小，但其诱发冲击地压而释放的能量及其破坏性却很大。3冲击地压灾害防治措施3.1冲击地压的预测我国《煤矿安全规程》中规定：“开采冲击地压煤层时，冲击危险程度和采

5、取措施后的实际效率，可采用钻粉率指标法、地音法、微震法等方法确定”。目前冲击地压灾害预测方法主要有①、WET法②、弹性变形法，在载荷不小于强度极限80%的条件下，用反复加载和卸载循环得到的弹性变形量与总变形量之比（K），作为衡量冲击倾向度的指标。③、煤岩强度和弹性系数法，是用煤岩的单向抗压强度或弹性模量的绝对值，作为衡量冲击倾向度的指标。④钻粉率指标法，用小直径（42mm～45mm）钻孔，根据打钻不同深度时排出的钻屑量及其变化规律来判断岩体内应力集中情况，鉴别发生冲击地压6的倾向和位置。⑤地音、微震监测法，用微震仪或拾震器连续或间断地监测岩体的地音现象。根据测得的地音波或微震波的

6、变化规律与正常波的对比，判断煤层或岩体发生冲击倾向度。⑥工程地震探测法，用人工方法造成地震，探测这种地震波的传插速度，编制出波速与时间的关系图，波速增大段表示有较大的应力作用，结合地质和开采技术条件分析、判断发生冲击地压的倾向度。3.2冲击地压灾害防治防治冲击地压的措施的有两方面：一是降低应力的集中程度；二是改变煤岩体的物理力学性能，以减弱积聚弹性能的能力和释放速率。①、降低应力的集中（1）、超前开采保护层；（2）、无煤柱开采，在采区内不留煤柱和煤体突出部分，禁止在邻近层煤柱的影响范围内开采；（3）、合理安排开采顺序，避免形成三面采空状态的回采区段或条带和在采煤工作面前方掘进巷道

7、，必要时应在岩石或安全层内掘进巷道，禁止工作面对采和追采。②、采用合理的开拓布置和开采方式6合理的开拓布置和开采方式对于避免应力集中和叠加，防止冲击地压关系极大。大量实例证明，多数冲击地压是由于开采技术不合理而造成的。不正确的开拓开采方式一经形成就难于改变，临到煤层开采时，只能采取局部措施，而且耗费很大，效果有限。所以，合理的开拓布置和开采方式是防治冲击地压的根本性措施。③、开采解放层研究结果表明，在保护角内煤顶底板围岩应力得到较大范围和幅度的降低，直接底、直接顶、基本顶应力降低