第八章冲击矿压及防治

第八章冲击矿压及防治

一、冲击矿压及其特点： 1、冲击矿压——发生在高应力区井巷、回采工作面围岩体内，以突然、急剧、猛烈破坏为特征的矿压动力现象。 2、特点：突发性————无明显前兆，发生时间短；瞬时震动性——过程急剧，似爆炸，有强烈震动；巨大破坏性——常造成惨重伤亡和巨大损失；复杂性————发生范围广泛。

3、冲击矿压分类： 1）按冲击强度分 2）按抛出煤量分弹射——单个碎块射落，微冲击现象；矿震——内部冲击，不外抛，外观为震动、煤炮；弱冲击——煤岩抛出，规模及破坏性不大；强冲击——煤岩大量抛出，破坏严重。 Ⅰ级——轻微冲击（10t以下） Ⅱ级——中等冲击（10—50t） Ⅲ级——强烈冲击（50t以上）

4、冲击矿压的危害： 1）对井下巷道：强冲击将大量破坏煤岩抛入巷道，破坏巷道支护系统及围岩结构。小型冲击影响不大。 2）对井下人员：遭受突然伤害，现场人员大多遭受脑部受伤，其次是胸部机械受伤，内部器官损伤等。 3）对地表建筑：冲击伴发矿震，对地表可造成震害。

二、冲击矿压发生机理： 1、强度理论：煤、岩体发生冲击矿压，是由于所受应力超过其强度所致。（夹持煤体理论——夹持使煤体具有更高弹性能，一旦应力突然加大，或系统阻力突然减小，发生冲击） 2、能量理论：煤、岩体受力积蓄弹性能，当系统破坏时，消耗能量少于积蓄能量时，多余能量促使发生冲击。（似炸弹爆炸杀伤原理）

3、冲击倾向理论： 煤、岩体发生冲击是几个方面性能的反映，当某性能达到冲击引发标准时，可发生冲击。冲击倾向度——煤、岩产生冲击破坏的能力。弹性变形指数；有效冲击能指数；极限刚度比；破坏速度指数。

依三种理论有三个准则： 强度准则：能量准则：冲击准则：全部应力大于强度煤岩释放能量大于消耗能量冲击倾向度大于实验临界值第一个为破坏准则，后两个为突然破坏准则。同时满足三个准则，才可能发生冲击。

三、冲击矿压影响因素： 影响因素 1、地质条件影响：采深；煤岩力学性质；顶板岩层结构；地质构造自然地质条件（原岩应力、煤岩力学性质）开采技术条件（局部应力集中）组织管理措施（作业质量、技术设备）

1）采深： 体积变形能形状变形能破坏煤并使其运动消耗于塑性变形可见：H 越大，体积能越大，越容易冲击冲击发生采深：式中： —应力状态系数 c—体积能变形常数

一般： H≤350m 不发生冲击矿压； 350m＜ H≤500m危险增大； H≥500m 冲击危险急剧增加。采深与冲击矿压发生频次关系

2）煤岩力学性质： 煤的冲击倾向性指标任何煤层均可发生冲击；煤越脆硬，所需冲击能越小，越容易发生冲击。冲击能指数弹性能指数动态破坏时间冲击能指数——全应力应变曲线，峰前能量与峰后能量之比。（比值越大，则冲击能力越大）

弹性能指数——单压破坏前，弹性能与塑性消耗能弹性能指数——单压破坏前，弹性能与塑性消耗能之比。（弹性能所占比重越大，则冲击可能性越大）动态破坏时间——单压时，从极限载荷到完全破坏所经历的时间。（破坏时间越短，则越容易发生冲击）弹性能指数计算图动态破坏时间曲线

煤冲击倾向鉴定指标值 煤层含水，可增加塑性，减小弹性能积存，减缓冲击危险。厚煤层比薄煤层更容易发生冲击。

3）顶板岩层结构： 具有厚层坚硬砂岩顶板是发生冲击矿压的主要原因。煤层内弹性能体积弹性能变形弹性能顶板弯曲弹性能顶板弯曲能计算图

4）地质构造影响： 冲击多发地点：向斜轴处；断层附近；煤层倾角变化处；构造应力带。

2、开采技术影响： 产生高应力区——煤柱、采空边缘、孤岛、采序；减小阻力————放炮、截煤。影响分两类冲击矿压发生在巷道多（72.6%），发生在采场少（27.4%）在残采区、停采线、断层及超采处发生冲击多（89%） 1）采序——影响煤岩体内应力分布；采向——采面向采空区方向推采，易发生冲击； 2）上层煤柱、停采线——推进、穿过时冲击危险大； 3）采空区——距采空区20~30米，冲击危险大； 4）开采面积——开采面积大，冲击危险增大。

四、冲击矿压预测方法： 1、综合指数法：实质：对已发生冲击矿压进行统计，分析其各方面影响因素并确定各因素的影响权重，综合建立预测预报指标。 1）地质因素指数： ——第 i 个因素实际影响指数 ——第 i 个因素最大影响指数 ——地质因素冲击危险指数

2）开采因素指数： ——第 i个开采因素实际危险指数 ——第 i 个开采因素最大危险指数 ——开采因素冲击危险指数 3）危险等级评定综合指数：无冲击弱冲击中等冲击强冲击不安全

2、钻屑法： 实质：通过钻孔排粉量的变化确定支承压力的特征，从而确定冲击的可能性。（钻孔排粉量与支承压力具有定量关系）

钻屑量指数： ——钻出煤量 ——正常排粉量

五、冲击矿压的防治 1、防范措施：主要解决开采技术不合理问题 1）开拓布置应有利于开采解放层； 2）最大限度避免形成煤柱高应力区； 3）避免工作面相向开采； 4）工作面由断层、褶曲轴始采； 5）巷道布置在底板岩层或无冲击危险煤层； 6）采用长壁无煤柱全部垮落法； 7）选择整体性强的可缩性支架。

2、解危措施： 主要解决卸压降能问题 1）卸压爆破：震动卸压爆破——撤人、引发、移压。震动落煤爆破——撤人、引发、落煤移压。震动卸压落煤爆破——长钻孔爆破、合一。顶板爆破——长短钻孔爆破，降能、引发。短钻孔注水——机道，间距6~10米，孔深 10米，影响生产。长钻孔注水——巷道，超前60米，间距10~20 米，孔深为面长，薄煤层难用。联合注水——长短结合。 2）煤层注水：

3）钻孔卸压： 释放弹性能，消除应力升高区。 4）定向裂缝：释放弹性能，降低冲击危险。 a. 定向水力裂缝：在短时间内，人为用高压水将煤、岩体破坏。（轴向、周向） b. 定向爆破裂缝：由炸药替代高压水，造成煤、岩体产生裂缝。（轴向、周向）

第八章 冲击矿压及防治