沖擊地壓與防治技術(shù)培訓(xùn)教材(編輯修改稿)
2025-08-09 21:41 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的嚴(yán)重干擾。在更大的開(kāi)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(xiǎn)的范圍擴(kuò)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(xiǎn)范圍更加擴(kuò)大。 開(kāi)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(kāi)采技術(shù)條件下，具有沖擊傾向的煤層都存在一個(gè)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(qiáng)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(kāi)采技術(shù)因素等。 沖擊地壓次數(shù)與開(kāi)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(xiǎn)狀態(tài)的變化。（2） 斷層的影響 實(shí)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(dāng)巷道接近斷層或向斜軸部時(shí)，沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)明顯上升，而且強(qiáng)度加大。例如在龍風(fēng)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(shí)發(fā)生的，14%是巷道處于斷層線(xiàn)附近，而只有10%是在巷道離開(kāi)斷層時(shí)發(fā)生的。其中34%發(fā)生在巷道距斷層5~20m范圍內(nèi)的。 實(shí)踐表明，相當(dāng)一部分震動(dòng)集中在斷層附近。其中在斷層的上盤(pán)開(kāi)采時(shí)的震動(dòng)能量大于斷層下盤(pán)開(kāi)采時(shí)的震動(dòng)能量。在向斜部分開(kāi)采時(shí)，震動(dòng)也很強(qiáng)烈。 在斷層和向斜附近震動(dòng)集中的原因是地殼的運(yùn)動(dòng)形成的殘余構(gòu)造應(yīng)力。該應(yīng)力與開(kāi)采引起的應(yīng)力集中疊加最大的位置即為巖體震動(dòng)的位置。 斷層附近的震動(dòng)活動(dòng)強(qiáng)烈，沖擊地壓的危險(xiǎn)性高。當(dāng)工作面接近斷層時(shí)，需要加強(qiáng)沖擊地壓的監(jiān)測(cè)和治理。 斷層通常是鎖住不動(dòng)的，當(dāng)其兩側(cè)的應(yīng)力積累到足以引起沿?cái)鄬拥臄嗔褧r(shí)，則發(fā)生位移，形成粘滑。當(dāng)斷層處于粘滑狀態(tài)，其周?chē)鷰r石可因位移一段而積累彈性能，當(dāng)斷層上的應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時(shí)，斷層滑動(dòng)（儲(chǔ)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(qiáng)烈震動(dòng)。 （3） 褶曲的影響 一般情況下，對(duì)于巷道及回采工作面來(lái)說(shuō)，在皺曲的各個(gè)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(shí)測(cè)結(jié)果也證實(shí)了構(gòu)造應(yīng)力的存在和對(duì)沖擊地壓有影響。構(gòu)造應(yīng)力（主應(yīng)力是水平矢量）對(duì)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(xiàn)層層剝落，然后沿弱面斷裂破壞。 根據(jù)對(duì)硯臺(tái)煤礦6號(hào)煤層截止到1995年所發(fā)生的112次沖擊地壓統(tǒng)計(jì)分析表明：屬正常開(kāi)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(shí)發(fā)生沖擊地壓共82次，%；而與構(gòu)造主應(yīng)力順向時(shí)，發(fā)生9次，%。這說(shuō)明地應(yīng)力方向?qū)_擊地壓有顯著的影響。 開(kāi)采技術(shù)條件 重要的生產(chǎn)技術(shù)條件有：開(kāi)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(kāi)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(xiǎn)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(dòng)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(zhǎng)壁工作面開(kāi)采法是沖擊地壓煤層最有利的開(kāi)采方法 。 沖擊地壓煤層的開(kāi)拓和開(kāi)采方法的選擇首要考慮的是能夠整齊、干凈地進(jìn)行回采，不留或少留煤柱，盡可能保證工作面成直線(xiàn)，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(chǎng)和巷道附近的應(yīng)力集中。 正確地設(shè)計(jì)選擇合理的開(kāi)采順序也是至關(guān)重要的。有利于安全開(kāi)拓、準(zhǔn)備和回采工作的所有環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，都應(yīng)當(dāng)考慮能最大限度地限制在采場(chǎng)和巷道附近形成危險(xiǎn)的應(yīng)力集中帶。 煤柱 煤柱是產(chǎn)生應(yīng)力集中的地點(diǎn)、孤島形和半島形煤柱可能受幾個(gè)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(duì)本煤層開(kāi)采有影響，還向下傳遞，對(duì)下部煤層形成沖擊條件。 波蘭經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(dòng)觸發(fā) 一般可以簡(jiǎn)單地把沖擊地壓視為一種剪切破壞，發(fā)生時(shí)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(fù)載達(dá)到它的極限強(qiáng)度附近時(shí)，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(guò)程。另一種是煤巖負(fù)載達(dá)到極限強(qiáng)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(fù)荷達(dá)到破壞點(diǎn)的區(qū)域隨采掘工作的繼續(xù)而不斷擴(kuò)大。一旦遇到某些相對(duì)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(dòng)載作用和震動(dòng)；鄰區(qū)放炮或發(fā)生沖擊地壓或天然地震引起的震動(dòng)；機(jī)械打眼和落煤引起的震動(dòng)；煤層含水率和溫度變化等。
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