冲压地压及其防治

冲压地压及其防治冲压地压及其防治 一 冲击地压一 冲击地压 冲击地压是指在开采过程中 积聚在煤炭体中的能量 瞬 间释放出来 产生一种以突然 急剧 猛烈破坏为特征的动力 现象 特征 常伴随有很大的声响 岩体震动和冲击波 在一 定范围内可以感到地震 有时向采掘空间抛出大量的碎煤或岩 块 形成很多煤尘 释放出大量的瓦斯 根据原岩 煤 体应力状态不同 冲击地压可分为 3 类 重力 型冲击地压 构造应力型冲击地压 中间型或重力一构造型冲 击地压 重力应力型冲击地压 主要受重力作用 没有或只有 极小构造应力影响的条件下引起的冲击地压 构造应力型冲击 地压 主要受构造应力 构造应力远远超过岩层自重应力 的作用 引起的冲击地压 中间型或重力 构造型冲击地压 主要受重 力和构造应力的共同作用引起的冲击地压 根据冲击的显现强度分类 1 弹射 一些单个碎块从处于 高应力状态下的煤或岩体上射落 并伴有强烈声响 属于微冲 击现象 2 矿震 它是煤 岩内部的冲击地压 即深部的煤或 岩体发生破坏 煤 岩并不向已采空间抛出 只有片带或塌落 现象 但煤或岩体产生明显震动 伴有巨大声响 有时产生矿 尘 较弱的矿震称为微震 3 弱冲击 煤或岩石向已采空间抛 出 但破坏性不很大 对支架 机器和设备基本上没有损坏 围岩产生震动 一般震级在 2 2 级以下 伴有很大声响 产生 煤尘 在瓦斯煤层中可能有大量瓦斯涌出 4 强冲击 部分煤 或岩石急剧破碎 大量向已采空间抛出 出现支架折损 设备 移动和围岩震动 震级在 2 3 级以上 伴有巨大声响 形成大 量煤尘和产生冲击波 根据震级强度和抛出的煤量分类 1 轻微冲击 抛出煤量 在 10t 以下 震级在 1 级以下的冲击地压 2 中等冲击 抛出 煤量在 10t 50t 以下 震级在 1 级 2 级的冲击地压 3 强 烈冲击 抛出煤量在 50t 以上 震级在 2 级以上的冲击地压 一般面波震级 ms 1 时 矿区附近部分居民有震感 ms 2 时 对井上下有不同程度的破坏 ms2 时 地面建筑物将出现明显 裂缝破坏 根据发生的地点和位置分类 1 煤体冲击 发生在煤体内 根据冲击深度和强度又分为表面 浅部和深部冲击 2 围岩冲 击 发生在顶底板岩层内 根据位置有顶板冲击和底板冲击 二 冲击地压机理二 冲击地压机理 冲击地压成因的机理 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 强度理论 该理论认为 冲击地压发生的条件是矿山压力大于煤体 围 岩力学系统的综合强度 其机理为 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 围岩交界处的变形 见下图 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 从极限平衡和弹性能释放的意义上来看 夹持起了闭锁作 用 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 2 能量理论 该理论认为 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 刚 性理论也是一种能量理论 它认为发生冲击地压的条件是 矿 山结构 矿体 的刚度大于矿山负荷系 围岩 的刚度 即系统内 所储存的能量大于消耗于破坏和运动的能量时 将发生冲击地 压 但这种理论并未得到充分证实 即在围岩刚度大于煤体刚 度的条件下也发生了冲击地压 3 冲击倾向理论 该理论认为 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 介质实际的冲击倾向度大于规定的极限值 这些指标主要有 弹性变形指数 有效冲击能指数 极限刚度 比 破坏速度指数等 上述三种理论提出了发生冲击地压的三个准则 即强度准 则 能量准则和冲击倾向度准则 其中强度准则是煤体破坏准 则 能量准则和冲击倾向度准则是突然破坏准则 三个准则同 时成立 才是产生冲击地压的充分必要条件 4 失稳理论 近年来 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 由此 介质 的强度和稳定性是发生冲击的重要条件之一 虽然有时外载未 达到峰值强度 但由于煤岩的蠕变性质 在长期作用下其变形 会随时间而增大 进入软化阶段 这种静疲劳现象 可以使介 质处于不稳定状态 在失稳过程中系统所释放的能量可使煤岩 从静态变为动态过程 即发生急剧 猛烈的破坏 三 冲击地压的防治三 冲击地压的防治 根据冲击地压发生的原因 可以