沖擊地壓與防治技術(shù)培訓教材(編輯修改稿)
2025-08-09 21:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的嚴重干擾。在更大的開采深度下，煤層邊緣區(qū)的附加載荷更大，致使支承壓力增加并傳播迭加在煤層上方，使沖擊危險的范圍擴大。特別是已采煤層邊界或煤柱的附加載荷增加更大，使沖擊危險范圍更加擴大。 開采深度愈大，煤體應(yīng)力愈高，煤體變形和積蓄的彈性能也愈大。就一定的開采技術(shù)條件下，具有沖擊傾向的煤層都存在一個沖擊地壓發(fā)生的臨界深度。 影響沖擊地壓臨界深度的因素很多，主要有煤體強度、煤的沖擊傾向性、煤層自然含水率、頂?shù)装搴透采w層性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、構(gòu)造應(yīng)力大小和方向、開采技術(shù)因素等。 沖擊地壓次數(shù)與開采深度關(guān)系 地質(zhì)構(gòu)造 （1） 煤層變化的影響 煤層厚度及分叉結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，造成了煤層和頂板條件的變化，從而引起了沖擊礦壓危險狀態(tài)的變化。（2） 斷層的影響 實踐證明，沖擊地壓經(jīng)常發(fā)生在向斜軸部，特別是構(gòu)造變化區(qū)，斷層附近，煤層傾角變化帶，煤層皺曲，構(gòu)造應(yīng)力帶。當巷道接近斷層或向斜軸部時，沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)明顯上升，而且強度加大。例如在龍風礦50次沖擊地壓中，36次（72%）與斷層有關(guān)。62%是巷道接近斷層時發(fā)生的，14%是巷道處于斷層線附近，而只有10%是在巷道離開斷層時發(fā)生的。其中34%發(fā)生在巷道距斷層5~20m范圍內(nèi)的。 實踐表明，相當一部分震動集中在斷層附近。其中在斷層的上盤開采時的震動能量大于斷層下盤開采時的震動能量。在向斜部分開采時，震動也很強烈。 在斷層和向斜附近震動集中的原因是地殼的運動形成的殘余構(gòu)造應(yīng)力。該應(yīng)力與開采引起的應(yīng)力集中疊加最大的位置即為巖體震動的位置。 斷層附近的震動活動強烈，沖擊地壓的危險性高。當工作面接近斷層時，需要加強沖擊地壓的監(jiān)測和治理。 斷層通常是鎖住不動的，當其兩側(cè)的應(yīng)力積累到足以引起沿斷層的斷裂時，則發(fā)生位移，形成粘滑。當斷層處于粘滑狀態(tài)，其周圍巖石可因位移一段而積累彈性能，當斷層上的應(yīng)力達到某一臨界值時，斷層滑動（儲存在附近巖石中的彈性能一部分以地震能輻射出去）形成強烈震動。 （3） 褶曲的影響 一般情況下，對于巷道及回采工作面來說，在皺曲的各個部位，出現(xiàn)的危性最不一樣的，如圖所示，I區(qū)，皺曲向斜部分，這部分其應(yīng)力，垂直為壓力，水平為拉力，最容易出現(xiàn)冒頂；Ⅱ區(qū)皺曲翼，這部分的應(yīng)力，垂直和水平均為壓力，最易出現(xiàn)沖擊地壓；Ⅲ區(qū)皺曲背斜，其應(yīng)力狀態(tài)為垂直拉力，水平壓力，這部分也是最大礦山壓力區(qū)域。 （4） 構(gòu)造應(yīng)力的影響 沖擊地壓礦井的地應(yīng)力實測結(jié)果也證實了構(gòu)造應(yīng)力的存在和對沖擊地壓有影響。構(gòu)造應(yīng)力（主應(yīng)力是水平矢量）對巷道穩(wěn)定性有影響，表現(xiàn)在巷道的破壞形式是沿輪廓線層層剝落，然后沿弱面斷裂破壞。 根據(jù)對硯臺煤礦6號煤層截止到1995年所發(fā)生的112次沖擊地壓統(tǒng)計分析表明：屬正常開采并與構(gòu)造應(yīng)力有關(guān)的發(fā)生91次，采掘方向與構(gòu)造主應(yīng)力近似垂直時發(fā)生沖擊地壓共82次，%；而與構(gòu)造主應(yīng)力順向時，發(fā)生9次，%。這說明地應(yīng)力方向?qū)_擊地壓有顯著的影響。 開采技術(shù)條件 重要的生產(chǎn)技術(shù)條件有：開采方法、采掘順序、頂板管理方法、遺留煤柱、割煤放炮等。一般講，開采技術(shù)條件可從兩方面促使沖擊地壓發(fā)生；一是人為地形成高度應(yīng)力集中，增加發(fā)生沖擊地壓的危險性；二是采掘或爆破造成周邊應(yīng)力狀態(tài)的急劇變化和煤層約束條件的改變，以及爆破的動載荷作用，觸發(fā)了沖擊地壓。 采煤方法 各種采煤方法的巷道布置和頂板管理方法不同，所產(chǎn)生的礦山壓力和分布規(guī)律也不同。長壁工作面開采法是沖擊地壓煤層最有利的開采方法 。 沖擊地壓煤層的開拓和開采方法的選擇首要考慮的是能夠整齊、干凈地進行回采，不留或少留煤柱，盡可能保證工作面成直線，不使煤層有向采空區(qū)突出的地段，在煤層中掘巷量最少，限制采場和巷道附近的應(yīng)力集中。 正確地設(shè)計選擇合理的開采順序也是至關(guān)重要的。有利于安全開拓、準備和回采工作的所有環(huán)節(jié)的設(shè)計，都應(yīng)當考慮能最大限度地限制在采場和巷道附近形成危險的應(yīng)力集中帶。 煤柱 煤柱是產(chǎn)生應(yīng)力集中的地點、孤島形和半島形煤柱可能受幾個方向集中應(yīng)力的疊加作用。因而在煤柱附近最易發(fā)生沖擊地壓。煤柱上的集中應(yīng)力不僅對本煤層開采有影響，還向下傳遞，對下部煤層形成沖擊條件。 波蘭經(jīng)驗表明，由于煤層和圍巖的結(jié)構(gòu)不同，煤柱寬度和埋藏深度不同，煤柱自身中的應(yīng)力要比原始應(yīng)力大好幾倍。統(tǒng)計分析22年的資料表明，大約有60%的沖擊地壓是由于鄰近煤層采空區(qū)中遺留煤柱或本層遺留煤柱引起的。 放炮、割煤、掘巷等震動觸發(fā) 一般可以簡單地把沖擊地壓視為一種剪切破壞，發(fā)生時具有猛烈的爆炸性。煤巖破壞可能趨于兩種極端情況。一種是煤巖局部負載達到它的極限強度附近時，立刻破壞。這種破壞發(fā)生的比較平靜，帶有局部性和漸近性，是一種平穩(wěn)破壞和釋放能量過程。另一種是煤巖負載達到極限強度后，頑固地維系一種高度不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)而不破壞。這種情況下負荷達到破壞點的區(qū)域隨采掘工作的繼續(xù)而不斷擴大。一旦遇到某些相對較小的“觸發(fā)因素”的作用，就足以引起沖擊地壓發(fā)生。采掘工作面存在大量的打破平衡狀態(tài)的觸發(fā)因素。例如落煤，頂板斷裂或離層引起的動載作用和震動；鄰區(qū)放炮或發(fā)生沖擊地壓或天然地震引起的震動；機械打眼和落煤引起的震動；煤層含水率和溫度變化等。
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