328煤礦沖擊地壓防治技術(shù)-鄭州.pptVIP

煤礦沖擊地壓 防治技術(shù) 煤科總院安全分院 總工程師 煤礦建設(shè)工程項(xiàng)目安全評(píng)價(jià) 評(píng)審專家 國土資源部土地復(fù)墾方案 評(píng)審專家,1.沖擊地壓 沖擊地壓(也稱為沖擊礦壓)作為一種特殊礦壓顯現(xiàn)形式，已成為煤礦開采特別是深部開采礦井的主要災(zāi)害，嚴(yán)重威脅煤礦的安全生產(chǎn)。 沖擊地壓通常是在煤、巖力學(xué)系統(tǒng)達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)，以突然、急劇、猛烈的形式釋放彈性能，導(dǎo)致煤巖層瞬時(shí)破壞并伴隨有煤粉和巖石的沖擊，造成井巷的破壞及人身傷亡事故。,在煤礦開采中，由于采掘?qū)е碌拿簩禹數(shù)装蹇鍞嗯c破壞，支架折損、冒頂、煤壁片幫、底鼓等現(xiàn)象，可以歸結(jié)為一般的礦山壓力現(xiàn)象，是煤巖體在采動(dòng)條件下圍巖應(yīng)力重新分布而發(fā)生的常見的礦山壓力顯現(xiàn)形式。,但對(duì)于沖擊地壓、頂板大面積來壓、巖爆、礦震、煤與互斯突出、地表突然塌陷等現(xiàn)象，由于其發(fā)生過程突然，且又具有典型的動(dòng)力特征，因此通常情況下，可統(tǒng)稱為礦山動(dòng)力現(xiàn)象，但又具有不同的顯現(xiàn)形式和發(fā)生機(jī)理，因此，它們之間既有區(qū)別又有聯(lián)系。,1.我國沖擊地壓概況,我國1933年撫順勝利礦最早發(fā)生沖擊地壓；1985年我國沖擊地壓煤礦為32個(gè)，主要分布在北京、棗莊、撫順、大同、阜新、天池等局礦，開采深度平均為600750m。近年來，由于煤礦開采深度的不斷增加，沖擊地壓發(fā)生礦井?dāng)?shù)量及程度又呈明顯上升的趨勢。截至2006年底，僅新發(fā)生沖擊地壓的礦井就多達(dá)60余個(gè)，分布范圍擴(kuò)大到開灤、新汶、義馬、鶴崗、淮南、大屯、平頂山、華亭、韓城、兗州、七臺(tái)河等局礦，開采深度也達(dá)到7501150m。僅1997年至2006年底，先后在大同、撫順、北京、徐州、新汶、開灤、華亭、義馬、阜新、平頂山等局因沖擊地壓的發(fā)生而導(dǎo)致的重大傷亡事故就多達(dá)10余起，死亡人數(shù)達(dá)百余人。,2.我國沖擊地壓的主要特點(diǎn),由于發(fā)生沖擊地壓的條件不同，造成我國沖擊地壓顯現(xiàn)的復(fù)雜多樣性。其主要特點(diǎn)： （1）具有突發(fā)性，過程短暫，伴隨有強(qiáng)烈的震動(dòng)和聲響 沖擊地壓發(fā)生前一般沒有明顯的宏觀前兆，相當(dāng)多的沖擊地壓是由爆破、頂板來壓等引起的，但也有很多是在沒有人員活動(dòng)的期間內(nèi)發(fā)生的，很難確定誘發(fā)因素。 沖擊地壓一般伴隨有強(qiáng)烈的震動(dòng)和聲響，最大震級(jí)可達(dá)m4.3級(jí)，地面幾千米范圍內(nèi)有震感。,（2）類型多樣 我國沖擊地壓一般表現(xiàn)為煤體的破壞與沖擊，但臺(tái)吉、大臺(tái)、八一、柴里、潘西及南桐一井等5個(gè)礦已發(fā)生多次巖爆。 我國沖擊地壓以煤層沖擊最常見，也有頂板沖擊和底板沖擊。房山礦發(fā)生的一次沖擊地壓，底板突然鼓起并開裂成5cm寬的裂縫。在煤層沖擊中，絕大多數(shù)表現(xiàn)為破碎煤從煤壁拋出，也有極個(gè)別情況表現(xiàn)為數(shù)十平方米的煤體整體滑移。,（3）造成的破壞和損失巨大 人員傷亡。沖擊地壓造成震動(dòng)使人員碰傷，所造成的冒頂、片幫、支架折斷也傷及人員；由于巷道堵塞、人員被埋而窒息。 破壞生產(chǎn)。沖擊地壓造成片幫、底鼓、冒頂可造成幾十米巷道被堵塞，幾百米巷道支架被損壞，機(jī)械設(shè)備被移位，風(fēng)門被暴風(fēng)摧垮，有的被迫停采，損失煤炭可多達(dá)數(shù)萬t。 地面房屋被震壞開裂。,（4）災(zāi)害嚴(yán)重程度不同 我國煤礦沖擊地壓的強(qiáng)度、頻度、災(zāi)害程度、伴生災(zāi)害情況等因開采地質(zhì)條件的不同而差別較大。 根據(jù)微震檢測系統(tǒng)記錄，門頭溝煤礦（現(xiàn)已關(guān)閉）平均每月記錄到160次各類沖擊和震動(dòng)；華豐煤礦每月可監(jiān)測到1000余次各類震動(dòng)；老虎臺(tái)煤礦也是沖擊地壓嚴(yán)重的礦井，每月震動(dòng)次數(shù)達(dá)300余次；臺(tái)吉礦存在巖爆、礦震、巖石沖擊、沖擊地壓、地溫?zé)岷Φ?，是我國深井開采多種災(zāi)害并存的典型。另外，在發(fā)生沖擊地壓的高瓦斯礦井中，大多同時(shí)存在沖擊地壓及沖擊地壓等兩種以上災(zāi)害。,(5) 發(fā)展趨勢是逐漸增多，日趨嚴(yán)重 1949年以前我國發(fā)生沖擊地壓的礦井只有2個(gè)，20世紀(jì)50年代增加到7個(gè)，60年代為12個(gè)，70年代為22個(gè)，80年代為32個(gè)，90年代為50余個(gè)，目前達(dá)100多個(gè)。隨著開采深度的增加、開采范圍的礦大和開采強(qiáng)度的加大，近年來雖然采取了不少措施，但全國沖擊地壓礦井和總的沖擊地壓次數(shù)并未減少。因此，我國煤礦的開采實(shí)踐看，沖擊地壓災(zāi)害將更加嚴(yán)重。,3.國外沖擊地壓歷史與現(xiàn)狀,（1）蘇聯(lián) 蘇聯(lián)的沖擊地壓最早于1947年發(fā)生在吉謝羅夫礦區(qū)，此后共有9個(gè)礦區(qū)出現(xiàn)了沖擊地壓問題。 發(fā)生沖擊地壓的一般條件是：初始深度為4001860m，煤厚為0.520m，在各種傾角、各種煤種（包括褐煤）中都記錄到?jīng)_擊地壓現(xiàn)象。多數(shù)情況下頂板為堅(jiān)硬砂巖，也有一些煤田是破碎頂板。開采技術(shù)條件涉及到刀柱式或長壁式等開采方法，充填或垮落等頂板管理方法，整層或分層開采情況。,從1951年開始，著手解決煤礦沖擊地壓問題，取得了良好效果，沖擊地壓次數(shù)大為減少。19551977年沖擊危險(xiǎn)礦井?dāng)?shù)由8個(gè)增至36個(gè)，而沖擊次數(shù)由83次降至7次，1980后又降至56次。,（2）波蘭 沖擊地壓是波蘭煤礦重大災(zāi)害之一，最早記載于1958年。目前開采的煤層中45%以上的煤層有沖擊地壓傾向。開始發(fā)生沖擊地壓的平均深度為400m，隨著采深的增加，沖擊地壓危險(xiǎn)越來越嚴(yán)重。19491982年，共發(fā)生破壞性沖擊地壓3097次，造成死亡401人、破壞井巷31萬m。,波蘭很重視沖擊地壓問題，從在20世紀(jì)60年代初期就著手大力科學(xué)研究和防治工作，在將巖體聲學(xué)以及地震法用于礦山?jīng)_擊危險(xiǎn)探測和監(jiān)測方面，居世界領(lǐng)先地位。 由于采取了綜合防治措施，保證了安全生產(chǎn)。,（3）德國 魯爾礦區(qū)是德國的主要產(chǎn)煤區(qū)，也是發(fā)生沖擊地壓的主要礦區(qū)。19101978年間共記載了危險(xiǎn)性沖擊地壓283次，有沖擊傾向性或危險(xiǎn)的煤層20余個(gè)。 沖擊地壓發(fā)生深度5901100m，其中8501000m沖擊地壓數(shù)占75%左右，最大拋出量2000m3。發(fā)生沖擊地壓的煤層厚為16m，主要集中在1.52m厚的煤層中，傾角444。,德國是防治沖擊地壓較有成效的國家，其防治工作的出發(fā)點(diǎn)主要在于實(shí)用。由德國所發(fā)展的鉆孔卸壓法、鉆屑法等沖擊地壓預(yù)測與防治方法在國際上已被廣泛使用。,3.沖擊地壓分類 3.1沖擊地壓的分類方法 目前，國際上還沒有形成統(tǒng)一的沖擊地壓分類方法和方案。就我國而言，沖擊地壓的分類方法有以下幾種：按參與沖擊地壓的巖體類別分類；按應(yīng)力來源和加載形式分類；按顯現(xiàn)強(qiáng)度分類；按震級(jí)及拋出煤量分類；按沖擊地壓的破壞后果分類。 上述分類方法在具體礦井沖擊地壓分類中具有可操作性，能夠被技術(shù)和管理人員所接受。,3.2 沖擊地壓的分類： 原煤炭部1983年9月頒布采用兩種分類指標(biāo)： （1）根據(jù)破壞后果劃分 一般沖擊地壓：對(duì)生產(chǎn)的破壞后果輕微，不需要進(jìn)行修復(fù)。 破壞性沖擊地壓：對(duì)生產(chǎn)造成一定的破壞，需要進(jìn)行修復(fù)工作。 沖擊地壓事故：由于沖擊地壓及其伴隨現(xiàn)象（冒頂、瓦斯沖擊等）造成的人員傷亡事故，或由于井巷或采場被破壞造成工作中斷8h以上的沖擊地壓。,（2）根據(jù)引起的地震震級(jí)劃分 按里氏震級(jí)劃分為6個(gè)等級(jí)。 沖擊地壓按顯現(xiàn)強(qiáng)度分級(jí),4.沖擊地壓的影響因素 沖擊地壓的發(fā)生與采動(dòng)影響密切相關(guān)，但并不是只有采動(dòng)影響就會(huì)發(fā)生沖擊地壓。引起沖擊地壓發(fā)生的影響因素分為三類： 煤礦地質(zhì)因素； 開采技術(shù)條件因素； 組織管理措施因素。,4.1 煤礦地質(zhì)因素對(duì)沖擊地壓的影響 （1）開采深度 開采深度越大，沖擊地壓發(fā)生的可能性也越大，見圖2-1，橫坐標(biāo)為采深，縱坐標(biāo)為沖擊指數(shù)wt，即開采百萬噸煤炭的沖擊地壓次數(shù)）。從圖中可知，當(dāng)采深h350m時(shí)，發(fā)生沖擊地壓的可能性較小；350mh500m時(shí)，在一定程度上危險(xiǎn)逐步增加；采深從500m開始，隨著開采深度的增加，發(fā)生沖擊地壓的次數(shù)急劇增加，沖擊危險(xiǎn)性急劇加大。當(dāng)采深為800m時(shí)，沖擊指數(shù)，wt=0.57，比采深為500m時(shí)（wt=0.04）增加了近14倍。,我國四川天池煤礦的情況與此類似，如圖2-2所示，圖中縱坐標(biāo)為沖擊地壓次數(shù)，橫坐標(biāo)為開采深度。從圖中可以看出，采深700m時(shí)發(fā)生沖擊地壓的次數(shù)大大高于采深400m時(shí)的次數(shù)。,我國煤礦開采實(shí)踐表明，礦井不是在開始投產(chǎn)時(shí)就發(fā)生沖擊地壓，而是在開采到一定深度后才發(fā)生沖擊地壓。通過綜合分析我國部分沖擊地壓礦井的開采技術(shù)條件，表2-1 列出了我國部分煤礦發(fā)生沖擊地壓的臨界開采深度。由表2-1和圖2-2可知，在中國煤礦的條件下，發(fā)生沖擊地壓的最小采深為200540m，平均為380m。,表2-1 我國部分煤礦發(fā)生沖擊地壓的臨界采深,（2）煤層的物理力學(xué)性質(zhì) 我國沖擊地層礦井煤層的單軸抗壓強(qiáng)度大于15mpa，堅(jiān)硬、脆，自然含水率低，最大不超過4%（見表2-2）。,（3）頂板巖層的物理力學(xué)性質(zhì) 我國沖擊地壓礦井的煤層頂板一般都堅(jiān)硬、難冒 （見右表） 。,（4）煤巖層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) “三硬”結(jié)構(gòu)，即硬頂硬煤硬底結(jié)構(gòu)。從沖擊地壓機(jī)理上分析，這是煤巖體內(nèi)存儲(chǔ)大量彈性變形能的前提條件。我國一部分沖擊地壓礦井的條件就是這種結(jié)構(gòu)類型，如大同忻州窯礦、北京門頭溝礦、棗莊陶莊礦、開灤唐山礦、新汶華豐礦、徐州三河尖礦等。,硬頂薄軟層煤層結(jié)構(gòu)，即在煤層與頂板巖層之間存在薄軟層結(jié)構(gòu)，并且沖擊地壓多在煤層結(jié)構(gòu)變化、煤巖層具有一定傾角的條件下發(fā)生。在這種條件下發(fā)生的沖擊地壓占有一定的比率，在我國主要沖擊地壓礦井都存在這種煤巖結(jié)構(gòu)特征。,軟煤,硬煤,（5）地質(zhì)構(gòu)造因素 地層的多次運(yùn)動(dòng)形成了各種各樣的地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、褶曲、背向斜、煤層厚度變化帶及巖性變化帶等。在這些地質(zhì)構(gòu)造區(qū)附近，由于存在著地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場，通常使煤巖體的構(gòu)造應(yīng)力，尤其是水平構(gòu)造應(yīng)力增加，而直接導(dǎo)致沖擊地壓的發(fā)生。大量沖擊地壓實(shí)踐表明，沖擊地壓常常發(fā)生在這些地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域中，如向斜軸部、斷層附近、煤層傾角變化帶、煤層變薄帶和構(gòu)造應(yīng)力帶。,4.2 開采技術(shù)條件對(duì)沖擊地壓的影響 開采技術(shù)條件對(duì)沖擊地壓的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面： 一方面是因?yàn)殚_采導(dǎo)致煤巖體的應(yīng)力迅速增加，在一定區(qū)域、一定范圍內(nèi)形成高應(yīng)力集中，滿足了沖擊地壓發(fā)生的應(yīng)力條件； 另一方面，原本具有高應(yīng)力的煤巖體或接近極限狀態(tài)的煤巖體，在采動(dòng)條件作用下，誘發(fā)沖擊地壓。,(1) 采煤方法、巷道布置與頂板管理方 法對(duì)沖擊地壓發(fā)生的影響 采煤方法、巷道布置形式、頂板管理方法的不同，煤巖體在掘進(jìn)和采煤過程中礦山壓力及其分布規(guī)律也顯著不同，發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)性也各異。 開采近距離煤層群時(shí)，不同煤巖層之間存在著相互影響的情況。這種相互影響在一定條件下就會(huì)導(dǎo)致煤巖體處于極限應(yīng)力狀態(tài)或出現(xiàn)高度的應(yīng)力集中，最終發(fā)生破壞性的沖擊地壓。,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊地壓煤巖層的合理開拓布置，在開采設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)該正確地、最大限度地選擇合理的開采布置和最大限度地限制在采場或巷道附近形成高度應(yīng)力集中。 通常情況下，短壁開采體系(如房柱式、刀柱式)的采煤方法由于采掘巷道多，巷道交岔多，各種煤柱多，因此所形成的支承壓力多重疊加，極易導(dǎo)致沖擊地壓的發(fā)生。,厚煤層在開采首分層的條件下，由于支承壓力峰值距煤壁較近，且應(yīng)力集中系數(shù)較大，往往容易發(fā)生沖擊地壓。而采用一次采全厚綜放開采后，由于支承壓力相對(duì)遠(yuǎn)離煤壁，且應(yīng)力集中程度下降，沖擊地壓發(fā)生的強(qiáng)度和次數(shù)顯著降低。 根據(jù)對(duì)沖擊地壓事故的資料分析，在采煤工作接近采空區(qū)或老巷40-50m范圍內(nèi)容易發(fā)生沖擊地壓，大多數(shù)事故出現(xiàn)在20-30m范圍內(nèi)。,1）規(guī)則地進(jìn)行采煤 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)沖擊的地段，在煤層中掘巷量最少，限制采場和巷道附近的應(yīng)力集中，等等。 用房柱式開采法因頂板長時(shí)間不能冒落，礦山壓力隨工作面繼續(xù)推進(jìn)而增加，頂板下沉和底板鼓起也隨之增大，這就可能造成潛在危險(xiǎn)。,煤層或礦柱上的不均勻載荷及其應(yīng)力松馳可能使一些礦柱上應(yīng)力水平提高很大，成為導(dǎo)致沖擊地壓的附加因素。 這里必須考慮到自由面在應(yīng)力波的多次反射中的影響，以及由此造成應(yīng)力強(qiáng)度的放大作用。大量實(shí)踐表明，長壁工作面沖擊地壓煤層最有利的采煤方法。,2）頂板及時(shí)垮落 頂板管理方式對(duì)沖擊地壓的影響甚為顯著。這是因?yàn)?，頂板巖層的懸、斷、垮、冒，直接關(guān)系到頂板巖層中彈性能的釋放形式和向煤體傳遞應(yīng)力和彈性能的能力，甚至直接關(guān)系到煤體是否會(huì)受到動(dòng)載的影響。因?yàn)?，?dòng)載的作用將會(huì)加劇沖擊地壓的發(fā)生，破壞更加劇烈。 采用垮落法或采用人工爆破方法處理頂板后，由于頂板中的彈性能能夠及時(shí)釋放，沖擊地壓發(fā)生次數(shù)和強(qiáng)度均顯著下降。,(2)采掘順序?qū)_擊地壓發(fā)生的影響,采掘順序直接影響煤巖層礦山壓力的分布與大小，也直接影響沖擊地壓的發(fā)生。 1）多煤層開采順序 多煤層即煤層群開采的條件下，通常采用下行開采。上層煤開采結(jié)束后，待煤巖體應(yīng)力重新分布且穩(wěn)定后再開采下層煤，能夠保證下層煤應(yīng)力的平穩(wěn)與降低，從而起到降低沖擊危險(xiǎn)的目的；,采用上行開采時(shí)，下層煤的開采將有利于對(duì)上層煤的解放，使之應(yīng)力降低，從而降低沖擊危險(xiǎn)性； 相反，如果上、下煤層同時(shí)開采且相互影響，煤巖體的應(yīng)力將發(fā)生疊加，應(yīng)力集中強(qiáng)度增大，沖擊危險(xiǎn)性增大。,2）單一煤層開采 單一煤層開采時(shí)，如巷道和采煤工作面的相向推進(jìn)、在采煤工作面或煤柱中的支承壓力帶內(nèi)掘進(jìn)巷道、在工作面向采空區(qū)或斷層帶推進(jìn)等，都會(huì)使應(yīng)力發(fā)生疊加，從而引起沖擊地壓的發(fā)生。 如圖2-7所示，當(dāng)兩個(gè)工作面相向推進(jìn)時(shí)，前方煤體的應(yīng)力會(huì)不斷因疊加而增大，此時(shí)，發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)性也不斷增大；當(dāng)掘進(jìn)工作面在煤柱中掘進(jìn)時(shí)，由于煤柱區(qū)附近為應(yīng)力集中區(qū)，因此，在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行掘進(jìn)，必然會(huì)增大沖擊地壓發(fā)生的頻率和強(qiáng)度。,(3) 煤柱對(duì)沖擊地壓發(fā)生的影響,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。 從圖2-8中可以清楚地看到，煤柱附近煤體應(yīng)力集中程度大，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)本煤層開采具有影響，還會(huì)向相鄰煤層傳遞，對(duì)相鄰煤層的應(yīng)力條件構(gòu)成影響，甚至導(dǎo)致沖擊地壓的發(fā)生。 開采煤柱容易引起沖擊地壓，特別是回收煤柱的 工作面接近采空區(qū)時(shí)也容易引起沖擊地壓。,(4)其他開采條件對(duì)沖擊地壓發(fā)生的影響 影響沖擊地壓的其他開采技術(shù)條件還包括殘采區(qū)、停采線、采煤工藝過程，如爆破、采煤機(jī)割煤等。 1）殘采區(qū)和停采線 殘采區(qū)和停采線沖擊地壓發(fā)生影響較大。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，89%的沖擊地壓發(fā)生在殘采區(qū)、停采線、斷層區(qū)域和煤層超采的地方。發(fā)生沖擊地壓的區(qū)域如表2-4。,2）采空區(qū)和開采面積 當(dāng)工作面接近已有的采空區(qū)，其距離為2030m時(shí)，沖擊地壓危險(xiǎn)性隨之增加。如果工作面旁邊有上區(qū)段的采空區(qū)，該采空區(qū)也使沖擊地壓的危險(xiǎn)性增加，危險(xiǎn)的最大位置在距煤柱10m左右；當(dāng)采面接近老巷約15m左右時(shí)，沖擊地壓的危險(xiǎn)性最大。 在煤層開采面積增加的情況下，巖體的震動(dòng)能量也隨之增加，研究表明，當(dāng)開采面積為3萬m2時(shí)，釋放的單位面積的震動(dòng)能量最大。,四、沖擊地壓發(fā)生機(jī)理,沖擊地壓發(fā)生機(jī)理，是指沖擊地壓發(fā)生的原因、條件、機(jī)制和物理過程。 就是在一定的地質(zhì)因素和開采條件下，煤（巖）受外力引起變形，發(fā)生突然破壞的力學(xué)過程，學(xué)者研究得出的沖擊地壓的理論：強(qiáng)度理論、 剛 度理論、沖擊傾向性理論、能量理論和變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論。,我國李玉生學(xué)者在總結(jié)了強(qiáng)度理論、能量理論和沖擊傾向性理論之后，提出了“三準(zhǔn)則”理論。該理論認(rèn)為：強(qiáng)度準(zhǔn)則是煤巖體的破壞準(zhǔn)則，而能量準(zhǔn)則和沖擊傾向性準(zhǔn)則是突然破壞準(zhǔn)則，因而只有當(dāng)這三個(gè)準(zhǔn)則同時(shí)滿足時(shí)，才會(huì)發(fā)生。,齊慶新研究員從煤巖體結(jié)構(gòu)特牲出發(fā)提出了”三因素”機(jī)理。該理論認(rèn)為： 沖擊多發(fā)生在斷層、煤層變化等構(gòu)造區(qū)域，沖擊與煤巖體結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。沖擊發(fā)生除與內(nèi)在因素(沖擊傾向性)、力源因素(高度的應(yīng)力集中或高度的能量儲(chǔ)存與動(dòng)態(tài)抗動(dòng))有關(guān)外，煤巖體結(jié)構(gòu)因素(具有弱面和容易引起突變滑動(dòng)的層狀介面)也是沖擊發(fā)生的主要因素之一。,5.沖擊地壓、巖爆與礦震的關(guān)系,沖擊地壓、巖爆及礦震盡管具有一定的相似性，或者在一定程度上可以相互替換使用，但是它們無論是在現(xiàn)象上，又或是在構(gòu)成介質(zhì)的巖性上，又或是在發(fā)生機(jī)理與控制方法上，還是具有實(shí)質(zhì)性的差別的。 過去，在煤炭行業(yè)中，將以上3種統(tǒng)一稱之為沖擊地壓，而如巖爆、煤爆、礦震等術(shù)語是禁止使用的；在水電及金屬礦山，將這類現(xiàn)象統(tǒng)一稱為巖爆。,5.1 沖擊地壓 指在一定條件的高地應(yīng)力作用下，煤礦井巷或采煤工作面周圍的煤巖體由于彈性能的瞬時(shí)釋放而產(chǎn)生破壞的礦井動(dòng)力現(xiàn)象，常伴隨有巨大的聲響、煤巖體被拋向采掘空間和氣浪等現(xiàn)象。 它往往造成采掘空間中支護(hù)設(shè)備的破壞以及采掘空間的變形，嚴(yán)重時(shí)造成人員傷亡和井巷的毀壞，甚至引起地表塌陷而造成局部地震。,1974年10月25日北京城子礦在回收煤柱時(shí)發(fā)生沖擊地壓，造成29人死亡； 1996年4月27日新汶華豐煤礦1407工作面在采煤過程中，因工作面爆破誘發(fā)沖擊地壓，使工作面煤壁50m、超前巷道100m范圍內(nèi)的煤壁發(fā)生破壞，巷道斷面減小50%以上，并造成10人重傷，等等。,沖擊地壓典型特征： （1）沖擊地壓多發(fā)生在采煤期間的超前巷道內(nèi)，或超前工作面080m的范圍內(nèi)。沖擊地壓發(fā)生后，煤壁大范圍片幫，煤從煤體中拋出。 （2）發(fā)生沖擊地壓的煤巖體，煤層頂、底板在沖擊地壓發(fā)生后，并不發(fā)生或明顯發(fā)生破壞和變形，而煤體卻發(fā)生破壞并整體移出，還在煤層與頂、底板之間產(chǎn)生明顯的滑動(dòng)擦痕和離層（離層高度約0.10.15m，甚至更大），如圖2-12所示。,（3）沖擊地壓往往發(fā)生在頂板來壓期間，支架移架或回柱放頂、爆破等工藝過程中。沖擊地壓多發(fā)生在煤層變薄帶、斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造區(qū)附近。發(fā)生沖擊地壓的礦井構(gòu)造應(yīng)力相對(duì)較大。 （4）發(fā)生沖擊地壓的煤巖層一般具有典型的“三硬”結(jié)構(gòu)特征，即硬煤、硬頂和硬底。并且往往在頂板與煤層之間存在一層較薄的粉狀軟煤（厚約0.10.2m）。 （5）沖擊地壓發(fā)生后，巷道斷面收縮明顯，通?？蛇_(dá)50%70%，甚至達(dá)到90%。,2、巖爆 高地應(yīng)力條件下地下工程開挖過程中，硬脆性圍巖因開挖卸荷導(dǎo)致洞壁應(yīng)力重新分布，儲(chǔ)存于巖體中的彈性應(yīng)變能突然釋放，因而產(chǎn)生爆裂松脫、剝落、彈射甚至拋擲現(xiàn)象的一種動(dòng)力失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害。在我國，很多巖石工程發(fā)生了巖爆現(xiàn)象并造成災(zāi)害。 巖爆現(xiàn)象典型特征： （1）巖爆發(fā)生時(shí)，通常伴有明顯的聲響特征，且由于巖爆的規(guī)模大小的不同，聲響不同。 （2）巖爆引起的巖石以片狀彈射是巖爆的最顯著特征。通常情況下，巖爆引起的巖石彈射，其彈射距離通常多在5m以下，較大巖爆的彈射距離可達(dá)10m以上。,3、礦震 礦震是采礦活動(dòng)引起的一種誘發(fā)地震。礦震是礦區(qū)內(nèi)在區(qū)域應(yīng)力場和采礦活動(dòng)作用影響下，使采區(qū)及周圍應(yīng)力處于失調(diào)不穩(wěn)的異常狀態(tài)，在局部地區(qū)積累了一定能量后以沖擊或重力等作用方式釋放出來而產(chǎn)生的巖層震動(dòng)。礦震主要發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜、地應(yīng)力（構(gòu)造應(yīng)力）較大、斷裂活動(dòng)比較顯著的礦區(qū)。在我國，發(fā)生礦震并構(gòu)成災(zāi)害的礦區(qū)有北京、新汶、撫順、北票、大同等礦區(qū)。 礦震無論是成因上，還是波形特征上，都是比較復(fù)雜的，特別是在震相上，有的與天然地震相似，有的與之相差較大。,礦震現(xiàn)象典型特征： （1）地面和井下的開采活動(dòng)都可能引起礦震現(xiàn)象的發(fā)生，較小礦震地面無震感，而較大礦震地面震感明顯，在現(xiàn)象上與天然地震基本相同。 （2）礦井頂板冒落、煤層片幫、地表塌陷、沖擊地壓、巖爆、沖擊地壓等均可引起礦震的發(fā)生，礦區(qū)范圍內(nèi)的斷裂等構(gòu)造活動(dòng)也可能導(dǎo)致礦震的發(fā)生。礦震發(fā)生破壞位置與采礦位置不完全具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。,（3）礦震震級(jí)的大小與井下煤巖破壞程度無對(duì)應(yīng)關(guān)系。 這主要是由于礦震的震中不一定就是破壞位置。比如發(fā)生在采空區(qū)的破震，工作面或巷道煤巖的破壞可能就較小。礦震的破壞情況與震級(jí)并不呈正比關(guān)系，在地面震感明顯的較大礦震并不一定造成礦井損壞，較小礦震有時(shí)也造成較大破壞甚至造成災(zāi)害。,六、沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià),沖擊危險(xiǎn)性是煤巖體可能發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)程度。煤巖體具有沖擊傾向性，并不表明一定會(huì)發(fā)生沖擊地壓，即使發(fā)生沖擊地壓，每個(gè)礦井發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)程度也不一樣。 目前，我國還沒有一個(gè)比較科學(xué)的沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法。近年來，在借鑒煤礦安全規(guī)程等文件中，通過理論與實(shí)踐研究，總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)類比分析法、鉆屑法、計(jì)算機(jī)模擬法和含水率測定法。,實(shí)踐證明，如采用上述單一的沖擊危險(xiǎn)性指標(biāo)會(huì)造成評(píng)價(jià)誤差，必須綜合考慮影響因素，并選擇合適的評(píng)價(jià)方法最終衡量沖擊危險(xiǎn)性。,1、沖擊地壓強(qiáng)度分級(jí),沖擊地壓強(qiáng)度分級(jí)表,5.2 對(duì)沖擊地壓的對(duì)策 （1）微弱或無沖擊危險(xiǎn)：所有的采礦工作可按作業(yè)規(guī)程規(guī)定進(jìn)行。 （2）弱沖擊危險(xiǎn)：所有的采礦工作可按作業(yè)規(guī)程規(guī)定進(jìn)行，但采礦作業(yè)中要加強(qiáng)沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)的觀察。 （3）中等沖擊危險(xiǎn)：下一步的采礦工作應(yīng)與該危險(xiǎn)狀態(tài)下的沖擊地壓防治措施一起進(jìn)行，而且至少通過預(yù)測預(yù)報(bào)以確定沖擊地壓危險(xiǎn)程度不再上升。,（4）較強(qiáng)烈沖擊危險(xiǎn)：此時(shí)較強(qiáng)烈沖擊危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)停止作業(yè)，加以處理后危險(xiǎn)得到緩解并保證不再上升方可允許下一步作業(yè)。 （5）強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)：此時(shí)應(yīng)當(dāng)停止采礦作業(yè)，不必要的人員撤離危險(xiǎn)地點(diǎn)；礦主管領(lǐng)導(dǎo)確定限制沖擊地壓危險(xiǎn)的方法及措施，以及沖擊地壓防治措施的控制檢查方法，確定沖擊地壓防治措施的人員。,（6）極強(qiáng)烈沖擊危險(xiǎn)：此時(shí)沖擊地壓的防治措施應(yīng)根據(jù)專家的意見進(jìn)行，應(yīng)采取特殊條件下的綜合措施及方法；采取措施后，通過專家鑒定，方可進(jìn)行下一步的作業(yè)。如果沖擊地壓的危險(xiǎn)程度在沒有降低的情況下，停止進(jìn)行進(jìn)一步的采礦作業(yè)，該區(qū)域禁止人員通行。,6.沖擊地壓防治技術(shù),沖擊地壓研究的最終目的就是有效地防止沖擊地壓的發(fā)生。 從沖擊地壓的形成機(jī)理看，控制沖擊地壓災(zāi)害的發(fā)生，就是改變煤巖體的應(yīng)力狀態(tài)或控制高應(yīng)力產(chǎn)生，以保證煤巖不足以產(chǎn)生失穩(wěn)破壞或非穩(wěn)定破壞。 沖擊地壓防治包括兩個(gè)方面，即已具有沖擊危險(xiǎn)煤巖層的沖擊地壓防治和目前尚未沖擊危險(xiǎn)但開采過程中可能發(fā)生沖擊地壓的防治問題。,6.1防治沖擊地壓的原則 （1）避免高應(yīng)力的形成。調(diào)整開采順序、采區(qū)和工作面布置，實(shí)現(xiàn)無煤柱開采，避免形成應(yīng)力高度集中。 （2）保證與最大地應(yīng)力方向平行采煤與掘進(jìn)。當(dāng)采掘工作面的方向與最大地應(yīng)力方向垂直或較大傾角時(shí)，危險(xiǎn)性則增大。 （3）擴(kuò)大應(yīng)力釋放范圍，以降低應(yīng)力集中程度與應(yīng)力釋放速度。改進(jìn)開采方法，使開采過程中的應(yīng)力釋放區(qū)域增大，從而避免局部應(yīng)力的高度集中與沖擊危險(xiǎn)區(qū)域的形成。,（4）控制煤層存貯能量的條件。對(duì)煤層實(shí)施卸壓鉆孔、切槽、卸載爆破，使煤體應(yīng)力峰值向煤巖體深部轉(zhuǎn)移。 （5）控制頂板能量的突然釋放與加載。如堅(jiān)硬難冒頂板，實(shí)施爆破技術(shù)，可改變工作面周圍煤巖層的應(yīng)力分布。 （6）改善底板中的支承能力并加大煤層和頂板的變形。對(duì)底板切槽卸壓，使底板及時(shí)破壞，避免煤巖層中能量的高度積聚與突然釋放。,（7）優(yōu)先開采無沖擊傾向性和無沖擊危險(xiǎn)煤層。 （8）最大限度地降低構(gòu)造對(duì)沖擊地壓的影響。加固軟弱層使煤巖體形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。,63.沖擊地壓解危技術(shù) （1）煤層卸載爆破技術(shù) 是在煤層中實(shí)施鉆孔爆破，以消除或減緩沖擊危險(xiǎn)。 煤層卸載爆破可分為煤層松動(dòng)爆破，卸載爆破和誘發(fā)爆破三種形式。 松動(dòng)爆破是在煤層中尚未形成高應(yīng)力集中或不具有沖擊危險(xiǎn)但預(yù)測采煤過程中有危險(xiǎn)區(qū)；卸載爆破是對(duì)已形成沖擊危險(xiǎn)區(qū)，使煤體中應(yīng)力下降，煤體中支承壓力峰值向煤體深部轉(zhuǎn)移，從而降低沖擊危險(xiǎn)；煤層誘發(fā)爆破是對(duì)具有較高沖擊危險(xiǎn)的煤體實(shí)施爆破。,爆破的動(dòng)力作用 一是使爆破孔附近一定范圍的煤體產(chǎn)生裂隙，其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；二是對(duì)遠(yuǎn)離爆破孔的煤巖體產(chǎn)生擾動(dòng)或者引起誘發(fā)沖擊。 爆破的靜態(tài)作用 爆破的動(dòng)態(tài)過程是極其短暫的，動(dòng)態(tài)過程結(jié)束后，爆破孔周圍煤巖體將形成三個(gè)區(qū)域：破壞區(qū)、裂隙區(qū)、非破壞擾動(dòng)區(qū)。它們依次遠(yuǎn)離爆腔。 煤層卸載爆破后，煤巖體的承載能力降低，應(yīng)力重新分布，形成卸載區(qū)域，減弱或消除煤體的沖擊危險(xiǎn)性。,（1）開采前大直徑深孔鉆卸壓的鉆具,（2）開采前群孔深孔卸壓的鉆具,目標(biāo)：開采前讓頂板和底板在深部預(yù)裂，同時(shí)為深部煤體的沖擊創(chuàng)造釋放空間,遙控卸壓鉆車改裝成遙控鉆車,（2）煤層注水技術(shù) 煤層注水包括頂板注水、壓注各種化學(xué)溶液。 水能夠使煤巖體的性質(zhì)產(chǎn)生重大變化。實(shí)驗(yàn)證明：注水后煤的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，沖擊傾向性減弱甚至完全失去沖擊能力。煤體積蓄彈性能的能力下降，而以塑性變形方式消耗彈性能的能力增強(qiáng)，因此，煤層中儲(chǔ)存的可恢復(fù)彈性能減少了。 典型注水實(shí)驗(yàn)室測定結(jié)果如表4-1。,煤的沖擊傾向性測試結(jié)果,注水方法的使用條件： 煤層具有一定的孔隙率和親水性； 煤層賦存較穩(wěn)定，能夠保證鉆孔施工和成孔后的孔壁穩(wěn)定； 煤層和頂?shù)装遢^完整，無斷層等較大的泄水通道； 頂?shù)装宀皇怯鏊蛎涇浕膸r石。 另外，實(shí)行預(yù)注水需有鉆孔作業(yè)場地，而煤層卸載注水鉆孔和注水施工都有一定難度，不易成功，常以生產(chǎn)工序有矛盾。,（3）深孔斷頂爆破技術(shù) 頂板堅(jiān)固難冒，煤層也很堅(jiān)硬，形成頂板煤體底板三者組合的、剛度很高的承載體系，具有聚集大量彈性能的條件。當(dāng)巖體載荷超過其強(qiáng)度就發(fā)生沖擊地壓。 通過頂板巷道對(duì)頂板進(jìn)行深孔爆破，人為地切斷頂板，進(jìn)而促使采空區(qū)頂板冒落、消弱采空區(qū)與待采區(qū)之間的頂板連續(xù)性，減小頂板來壓時(shí)的強(qiáng)度和沖擊性。,（4）定向水力致裂技術(shù) 定向水力致裂技術(shù)就是人為地在巖層中,預(yù)先制造一個(gè)裂縫,在較短的時(shí)間內(nèi),采用高壓水,將巖體沿預(yù)先制造的裂縫破裂.。在高壓水的作用下,巖體的破裂半徑范圍可達(dá)15-25m,有的更大。 采用定向水力致裂法可簡單、有效、低成本地改變巖體的物理力學(xué)性質(zhì),將堅(jiān)硬厚層頂板分成幾個(gè)分層或破壞其完整性,在煤體中制造裂縫,有利于互斯抽放,并減少開采時(shí)產(chǎn)生煤塵。,定向水力致裂法有兩種：即周向預(yù)裂縫及軸向預(yù)裂縫。 為了達(dá)到較好的效果,周向預(yù)裂縫的直徑至少應(yīng)為鉆孔直徑的兩 倍以上,且周向預(yù)裂縫鉆頭要尖。高壓泵的壓力應(yīng)在30mpa以上,流量應(yīng)在60l/min以上。而軸向裂縫法則是沿鉆孔軸向制造預(yù)裂縫,從而沿裂縫將巖體破斷。,(5) 鉆孔卸壓技術(shù) 在煤巖體未形成高應(yīng)力集中或不具有煤與互斯沖擊以前,實(shí)施卸壓鉆孔,使煤巖體不再具有形成高應(yīng)力集中的條件,從而避免煤與互斯沖擊的發(fā)生。 假如己經(jīng)形成高應(yīng)力集中或煤與互斯危險(xiǎn)區(qū)域,實(shí)施卸壓鉆孔,使煤體的應(yīng)力集中程度降低,煤與互斯沖擊的危險(xiǎn)性下降.。 鉆孔卸壓技術(shù)在使用過程中,由于鉆孔相對(duì)較大(孔徑95mm以上),在煤巖體應(yīng)力較高的條件下,容易發(fā)生煤與互斯沖擊,因此,一定要迭擇好實(shí)施鉆孔卸壓的時(shí)機(jī)和位置。對(duì)煤與互斯危險(xiǎn)性較高的區(qū)域,可以使用遠(yuǎn)程遙控鉆機(jī)實(shí)施鉆孔卸壓。,6. 4 沖擊地壓防范技術(shù) （1）合理布置與分區(qū)開采技術(shù) 沖擊地壓煤層開采的基本原則 開采煤層群時(shí)，開拓布置應(yīng)有利于保持層開采。 首先開采無沖擊危險(xiǎn)或沖擊危險(xiǎn)了性小的煤層作為保護(hù)層，且優(yōu)先開采上保護(hù)層。 如撫順、遼源等煤礦，厚煤層上行水砂充填法開采，作為保護(hù)層的第一分層開采都盡量布置在沖擊危險(xiǎn)性小的煤層中進(jìn)行。,合理的開采順序，最大限度地避免形成煤柱等應(yīng)力集中區(qū) 煤柱承受的壓力很高，特別是島形或半島形煤柱，要承受幾個(gè)方面的疊加應(yīng)力，最易產(chǎn)生沖擊地壓。 上層遺留的煤柱還會(huì)向下傳遞集中應(yīng)力，達(dá)到相當(dāng)大的深度，導(dǎo)致下部煤層開采發(fā)生沖擊地壓。 山東陶莊在回收煤柱時(shí)發(fā)生沖擊地壓占全礦的29.8%，唐山礦、城子礦約占一半。 龍鳳礦兩側(cè)為采空區(qū)的工作面在采煤中，發(fā)生沖擊地壓次數(shù)多。,采區(qū)的采面應(yīng)朝一個(gè)方向推進(jìn)，避免相向開采 造成應(yīng)力疊加 相向采煤時(shí)上山煤柱逐漸減小，支承壓力逐漸增大，易發(fā)生沖擊地壓。 陶莊礦在上山附近發(fā)生了17次沖擊地壓，而且相向采煤又要被迫在高應(yīng)力沖擊掘進(jìn)槍眼（水采），造成沖擊地壓頻繁發(fā)生（占總次數(shù)的60%）。 采取了單翼采區(qū)跨上山采煤的方法，并把單區(qū)段開采程序該為多區(qū)段聯(lián)合開采程序，使采掘在不同區(qū)段中交替進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了沿采空掘槍眼，避免了在高應(yīng)力區(qū)掘進(jìn)和維護(hù)槍眼。,地質(zhì)構(gòu)造特征部位的開采程序 采取能避免或減緩應(yīng)力集中和疊加的開采程序： 在向斜和背斜構(gòu)造區(qū)，應(yīng)從軸部開始采煤； 在構(gòu)造盤地應(yīng)力從盤底開始采煤； 在有斷層和采空區(qū)的條件下采用從斷層或采空區(qū)開始采煤的開采程序。,主要巷道布置在底板巖層 在有沖擊危險(xiǎn)的開拓巷道、準(zhǔn)備巷道、永久硐室，主要上、下山、主要溜煤巷和回風(fēng)巷應(yīng)布置在底板巖層或無沖擊危險(xiǎn)煤層中，以利于維護(hù)和減小沖擊危險(xiǎn)。 采煤巷道應(yīng)盡可能避開支承壓力峰值范圍，采用寬巷掘進(jìn)，少用或不用雙巷或多巷同時(shí)平行掘進(jìn)。,長壁、垮落法管理頂板開采沖擊危險(xiǎn)煤層 房柱式等柱式采煤法由于掘進(jìn)的巷道多，在采空區(qū)遺留的煤柱多，頂板不能及時(shí)充分地垮落，造成支承壓力較高，增加了沖擊的危險(xiǎn)性。 采用長壁式開采方法，由于采空區(qū)中不留煤柱，則有利于減緩沖擊地壓的危害。 工作面支架采用具有整體性和防護(hù)能力的可縮性支架。,沖擊地壓煤層開采的技術(shù)原則 在沖擊地壓煤層開采過程中，除嚴(yán)格遵守基本原則外，還應(yīng)遵守以下技術(shù)原則： 在沖擊危險(xiǎn)區(qū)的煤層中掘進(jìn)和采煤時(shí)，必須始終在煤層的保護(hù)帶范圍內(nèi)進(jìn)行，確保保護(hù)層的寬度不小于3.5倍采高。 煤層應(yīng)力過度集中時(shí)，必須進(jìn)行解危處理，否則不得進(jìn)行采煤和掘進(jìn)工作。 應(yīng)避免在支承壓力峰值區(qū)掘進(jìn)巷道。 在煤層中雙巷掘進(jìn)時(shí)，兩條平行巷道之間的煤柱不得小于10m，聯(lián)絡(luò)巷須與巷道成直角；兩條巷道掘進(jìn)工作面的前后位置錯(cuò)距不小于50m。,相向掘進(jìn)的巷道相距30m時(shí)，必須停止一個(gè)頭掘進(jìn)。停掘的巷道要加固，繼續(xù)掘進(jìn)的巷道除加強(qiáng)支護(hù)外，沖擊地壓危險(xiǎn)嚴(yán)重時(shí)，還必須采取卸壓措施。 煤層巷道應(yīng)采用寬巷掘進(jìn)。巷道支護(hù)應(yīng)采用可縮性拱形或環(huán)形金屬支架，嚴(yán)禁采用混凝土支架和剛性金屬支架，在破碎頂板條件下，支架間頂幫必須插嚴(yán)背實(shí)。 新采區(qū)投產(chǎn)要保持合理的開采順序，避免形成“孤島區(qū)”或“孤島工作面”。同一煤層相鄰階段的工作面向同一方向推進(jìn)時(shí)，錯(cuò)距不得小于150m。,采煤時(shí)，在采空區(qū)中不得留有煤柱。必須留設(shè)煤柱時(shí)，煤柱的尺寸和位置以及影響范圍必須標(biāo)明在采掘工程圖上。 采煤工作面一般應(yīng)保持直線式。臺(tái)階式工作面的臺(tái)階錯(cuò)距不應(yīng)大于3m。,分層開采厚煤層時(shí)，分層平巷應(yīng)內(nèi)錯(cuò)布置，上、下分層平巷軸線距離至少不小于3倍巷道寬度。上、下分層切眼間距至少應(yīng)內(nèi)錯(cuò)5m。每個(gè)分層工作面應(yīng)先于上分層工作面停采線至少5m停采。 厚煤層采用一次采全厚大采高開采和綜放開采時(shí)，盡可能將巷道沿底布置。沖擊危險(xiǎn)區(qū)域因支承壓力影響范圍的擴(kuò)大而應(yīng)擴(kuò)大到采煤工作面前方80120m。,厚煤層采用分層綜放開采時(shí)，第一分層巷道應(yīng)注意加強(qiáng)支護(hù)，尤其底板煤層較軟時(shí)，應(yīng)對(duì)底板適當(dāng)加固。 采用垮落法管理頂板時(shí)，應(yīng)選用強(qiáng)力液壓支架。采用單支護(hù)時(shí)，必須加強(qiáng)切頂線支護(hù)強(qiáng)度，并回收采空區(qū)所有支柱。 在一般情況下，掘進(jìn)與采煤工作面的躲炮直線距離不小于150m，躲炮時(shí)間大于30min；在作業(yè)規(guī)程中應(yīng)明確規(guī)定躲炮地點(diǎn)。,掘進(jìn)與采煤作業(yè)規(guī)程應(yīng)包括工作地區(qū)的沖擊危險(xiǎn)級(jí)別、地質(zhì)構(gòu)造說明與簡明圖表、上層采動(dòng)邊界位置圖、掘進(jìn)與采煤方式、循環(huán)進(jìn)度、支護(hù)形式、加強(qiáng)支護(hù)的措施、防治沖擊地壓的措施以及發(fā)生沖擊地壓時(shí)的應(yīng)急措施，包括撤人路線。 根據(jù)檢測結(jié)果，在沖擊地壓危險(xiǎn)煤層內(nèi)劃定嚴(yán)重危險(xiǎn)區(qū)，標(biāo)在采掘平面圖上，并在嚴(yán)重危險(xiǎn)區(qū)周圍建立警告牌，限制無關(guān)人員停留。 如果采取的措施不能阻止沖擊地壓危險(xiǎn)的發(fā)生，或出現(xiàn)中等以上的危險(xiǎn)時(shí)，必須停止作業(yè)，直到采取有效措施使之卸壓為止。,2.保護(hù)層開采技術(shù) 在開采煤層群的條件下，首先開采沒有沖擊傾向性，或沖擊危險(xiǎn)性小的煤層。采動(dòng)后，使有沖擊危險(xiǎn)的煤層在采掘過程中不再發(fā)生沖擊地壓，這樣先采的煤層稱為保護(hù)層。保護(hù)層位于危險(xiǎn)層上方，稱為上保護(hù)層，位于下方稱為下保護(hù)層，而處于有效卸載范圍內(nèi)的后采煤層成為被保護(hù)層。 煤層開采后，圍巖將產(chǎn)生變形、斷裂、離層，并向采空區(qū)移動(dòng)。 按對(duì)巖體影響程度和特征，可分為5個(gè)區(qū)帶：冒落帶、安全移動(dòng)帶、解放帶、減壓帶、增壓帶。 理想情況下，這5帶的分布如圖4-39。,受采動(dòng)影響，巖體應(yīng)力小于原巖應(yīng)力的地區(qū)稱為減壓帶。解放帶是減壓帶的一部分。開采保護(hù)層后，形成了解放帶，從而起到減緩沖擊地壓作用。 開采保護(hù)層對(duì)煤巖體力學(xué)性質(zhì)的影響之一是煤“變硬”了。這是由于卸載后礦壓對(duì)煤層破壞作用減小了，故采煤較困難。,3.放頂煤開采技術(shù) 綜放開采厚煤層時(shí)，由于頂煤及頂板垮落與破壞范圍的增大，發(fā)生沖擊地壓的頻率下降，強(qiáng)度降低。其主要原因： （1）放頂煤開采改變了“頂板煤層底板”系統(tǒng)的力學(xué)承載體系，而轉(zhuǎn)變成了“頂板頂煤（存在范圍較大的破裂區(qū)）開采煤層底板”的力學(xué)體系。 綜放開采后，范圍較大的破裂區(qū)的存在，使開采煤層上方形成了一個(gè)塑性變形區(qū)域，在堅(jiān)硬的基本頂巖梁斷裂時(shí)發(fā)生沖擊地壓和應(yīng)力高峰轉(zhuǎn)移過程中，該區(qū)域內(nèi)的煤體是在逐漸被壓碎的條件下破壞的。雖然，有破裂區(qū)作為緩沖，沖擊地壓發(fā)生的可能性及強(qiáng)度都會(huì)小的很多。,（2）由于放頂煤工作面直接頂厚度增加，較分層開采時(shí)上覆巖層的縱向運(yùn)動(dòng)范圍增加，當(dāng)上部沖擊巖層發(fā)生沖擊時(shí)，已發(fā)生破壞的頂煤層及發(fā)生運(yùn)動(dòng)的上覆巖層的存在，將對(duì)沖擊波產(chǎn)生衰減作用，從而降低沖擊地壓的強(qiáng)度。 （3）放頂煤開采沖擊危險(xiǎn)性厚煤層，采放比對(duì)沖擊地壓的形成有重要影響左右，割煤高度既不能過大又不能過小。對(duì)于本節(jié)研究的煤層條件割煤高度取2.5m左右比較合適，這與現(xiàn)場實(shí)踐結(jié)論是基本一致的。,（4）以規(guī)避采動(dòng)高應(yīng)力為核心的沖擊地壓防治，若做到?jīng)_擊危險(xiǎn)性的準(zhǔn)確預(yù)測、評(píng)價(jià)之后，采取礦井合理開拓布置、先采保護(hù)層、煤層注水等宏觀措施，并進(jìn)行合理采煤方法的選擇，對(duì)于適于綜放開采的有沖擊危險(xiǎn)性厚煤層，優(yōu)先采用綜放開采，在煤層開采過程中加強(qiáng)采動(dòng)圍巖應(yīng)力分布特征研究與觀測，適時(shí)采用鉆孔卸壓、誘發(fā)爆破、強(qiáng)制放頂?shù)染植拷馕４胧┦强梢员苊馄茐男詻_擊地壓發(fā)生的。,4.高壓水射流切槽割縫技術(shù) 對(duì)于找不到可以解放的煤層，或?qū)τ诜墙夥欧秶拿簩樱梢圆捎酶邏核淞髑胁鄹羁p技術(shù)實(shí)現(xiàn)本層煤解放。 用旋轉(zhuǎn)射流鉆孔，鋼管連續(xù)推進(jìn)，在工作面兩平巷中，沿煤層中下部間隔施工與煤層平行的鉆孔，孔深100150m，然后沿鉆孔后退用高壓水射流割縫，縫高3055mm。深度1.52.0m，鉆孔間距4m左右。 其機(jī)理：大面積的鉆孔割縫使煤層破壞、損傷、卸壓、應(yīng)力松弛，在煤層中形成高度大于15cm的縫隙，相當(dāng)于在本煤層中開采了薄的保護(hù)層。,8.沖擊地壓 典型案例分析,1.不同開采條件下沖擊地壓典型案例,（1）淺部開采條件下的沖擊地壓； （2）深部開采條件下的沖擊地壓； （3）“三硬”開采條件下的沖擊地壓； （4）急傾斜開采條件下的沖擊地壓； （5）分層開采條件下的沖擊地壓； （6）厚煤層開采條件下的沖擊地壓。,一、淺部開采條件下的沖擊地壓 1大同忻州窯礦 忻州窯礦煤層埋藏深度200350 m，采用多煤層聯(lián)合開拓， 層間距030m，頂板普遍存在1025 m的厚層狀整體砂巖，普氏 系數(shù)81 6；煤層厚度18131 m，普氏系數(shù)314.15，節(jié) 理裂隙不發(fā)育，屬典型的堅(jiān)硬煤層、堅(jiān)硬頂板條件。 根據(jù)忻州窯礦30多起典型的沖擊地壓事故統(tǒng)計(jì)分析，占 總數(shù)7617的沖擊地壓事故發(fā)生在巷道煤柱中，表現(xiàn)為巷 道煤幫突然猛烈拋出，造成巷道嚴(yán)重破壞和人員傷亡事故，成為 忻州窯礦的重大災(zāi)害之一。由于該礦煤層埋深僅為200350 m， 屬我國典型的淺部開采條件下的沖擊地壓案例。,分析沖擊地壓發(fā)生的原因可知，忻州窯礦9、10、1l號(hào)煤層本身具有較強(qiáng)的沖擊傾向性，表現(xiàn)為典型的脆性破壞。煤層的彈性能量指數(shù)為2.1-10.17,屬于中等以上沖擊傾向性煤層。 同時(shí),由于沖擊地壓主要發(fā)生在鄰空巷道煤柱，而煤柱主要承受鄰空巷道煤柱的同定支承壓力、工作面開采過程中的超前支承壓力和上層煤柱的集中壓力，這三種壓力的疊加，形成強(qiáng)大的應(yīng)力。在這種高壓力作下，使得具有較強(qiáng)彈性的煤體產(chǎn)生壓縮變形，積聚大量彈性能量，在一定條件下發(fā)生彈性能的瞬問釋放而形成沖擊地壓。,2大同煤峪口礦 煤峪口礦主采煤層厚度6510 m，該煤層埋深僅為200 350m。采煤方法有上、下分層開采，網(wǎng)下低位放頂煤開采。沖擊地壓主要發(fā)生在下分層開采時(shí)，上分層開采時(shí)并不明顯，巷道發(fā)生嚴(yán)重變形破壞的區(qū)域主要集中在408盤區(qū)、307盤區(qū)和412盤區(qū)，其中兩翼開采的307、408兩個(gè)盤區(qū)尤為沖擊。 2003年5月25日307盤區(qū)巷道發(fā)生了沖擊地壓現(xiàn)象，炸幫煤大量涌入巷道，底鼓達(dá)18 m左右。 2005年1月24日在高冒區(qū)錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)段發(fā)生了一次煤 與瓦斯沖擊,靠采空區(qū)側(cè)炸幫煤大量落人巷道，長47 m，深 15 m左右。,2005年2月21日412盤區(qū)81 202工作面21202下巷道 掘進(jìn)至520 m處，發(fā)生大面積沖擊地壓，距迎頭80 余米范圍內(nèi)斷面基本由原來45 m縮至222m 。 巷道圍巖發(fā)生急劇破壞，表現(xiàn)為底板底鼓(底板大 部分為塊狀鼓起、翻轉(zhuǎn))，五節(jié)拱支架變形、折損嚴(yán)重( 肩部連接件破壞，拱形支架高抗壓、高可縮結(jié)構(gòu)特性 失效)，煤體大量向巷道拋出并充滿巷道，卡纜部分崩 斷，皮帶扭轉(zhuǎn)，軌道翹起，最窄處變?yōu)?6 m，高2 0 m。,二、深部開采條件下的沖擊地壓 1開灤唐山礦 唐山礦沖擊地壓嚴(yán)重，白l 964年6月7日發(fā)生第一次沖擊地壓以來，隨著開采面積的擴(kuò)大及采深的增加，沖擊地壓日趨嚴(yán)重 ，到目前共發(fā)生了90余次，其中有傷亡和破壞的11次，造成多人傷亡，數(shù)千米巷道遭到破壞，機(jī)電設(shè)備損壞，給生產(chǎn)和安全造成極大威脅。 如在十三水平北翼區(qū)5煤層首采工作面3652開采時(shí)，曾發(fā)生嚴(yán)重的沖 擊地壓事故，風(fēng)道超前50150 m范圍，巷道斷面急劇縮小，斷面高度由 216 m縮小到112 m，最低僅013 m，數(shù)十架支架變形壓彎、扭曲嚴(yán) 重，軌道瞬間鼓起，梁腿劈裂，水管、鋼軌折斷，泵站、電站、開關(guān)被 推倒，風(fēng)道的底板擠成褶皺狀，鼓起達(dá)018110 m，風(fēng)門被吹開， 隔爆水袋被吹落，造成2人死亡、3人受傷，工作面停產(chǎn)53 d。,唐山礦沖擊地壓發(fā)生的一般規(guī)律主要為： 隨著開采深度的增加，沖擊危險(xiǎn)性增加，表現(xiàn)為沖擊 頻度的增加和強(qiáng)度的增大，井田內(nèi)發(fā)生沖擊地壓的 臨界深度為530 m； 煤質(zhì)中硬、脆性和彈性較強(qiáng)的煤層易發(fā)生沖擊地壓，軟質(zhì)煤和塑性變形大的煤層不發(fā)生沖擊地壓； 頂板堅(jiān)硬致密、脆性大，頂板斷裂失穩(wěn)活動(dòng)劇烈的 巖層條件下易發(fā)生沖擊地壓； 采煤工作面沖擊地壓多發(fā)生在超前支承壓力影響范圍內(nèi)的平巷中，臨近采空區(qū)的巷道發(fā)生最多，在煤體內(nèi)布置的巷道發(fā)生次之，采煤工作面空間內(nèi)發(fā)生最少；,一般從工作面開切眼開始，隨著采空面積的增加，沖擊發(fā)生的次數(shù)發(fā)生變化，采空面積達(dá)到1113時(shí)開始發(fā)生，以后沖擊地壓次數(shù)上升，到3050時(shí)最多，隨之又逐漸下降，到70以后較少發(fā)生； 在四面采空或三面采空的高應(yīng)力煤柱中進(jìn)行采掘活動(dòng) 或巷道套修時(shí)，最易發(fā)生沖擊地壓； 特厚煤層開采時(shí)，沖擊地壓多發(fā)生在第一分層，而第二、三、四分層則很少發(fā)生； 唐山礦沖擊地壓主要發(fā)生在5煤層、8、9合區(qū)煤層中，而12煤層則很少發(fā)生。按沖擊地壓發(fā)生的強(qiáng)度分析，5煤層的突慫危險(xiǎn)和破壞程度大于8、9合區(qū)煤層。,2新汶華豐煤礦 華豐煤礦采用斜井多水平開拓、巖石集中巷布置方式。礦井共分5個(gè)水平，其中4、5水平分別為一750 m和一1 000 m，即采深850m和1 100 m左右?，F(xiàn)開采5水平，局部采深已達(dá)1 200 m。 華豐煤礦主要開采4層煤和6層煤，4層煤厚65 m，6層煤厚 1315 m。煤系巖層基底為奧陶系，上覆巖層為第三系礫巖層和第四系黃土層。井田為傾伏向斜構(gòu)造，煤巖層傾角為2545。井田中部地層走向相對(duì)穩(wěn)定，兩翼地層變化明顯，且存在大量中小型斷裂和次級(jí)褶皺。整個(gè)井田以中小型斷層為主，且多為正斷層，只在東翼存在逆斷層。井田內(nèi)可采煤層均為穩(wěn)定和相對(duì)穩(wěn)定煤層。 華豐煤礦首次發(fā)生破壞性沖擊地壓是在1991年1月14日，i992年3月8日發(fā)生在2406(上)上平巷的破壞性沖擊地壓造成2人重傷，停產(chǎn)3 d。,華豐煤礦沖擊地壓主要發(fā)生在4層煤中。4層煤硬度1520，密度149 gcm。，自然含水率2，抗壓強(qiáng)度2175 mpa。4層煤直接頂為49 m粉細(xì)砂巖，抗壓強(qiáng)度695 mpa，抗拉強(qiáng)度381mpa基本頂總厚度為78 m，其中第一分層22 m，為中細(xì)和中粗砂巖；第二分層56 m，為中細(xì)砂巖?；卷斨蠟?0 m泥巖和紅土層，紅土層之上為厚500 m以上的堅(jiān)硬砂礫巖。 從沖擊地壓發(fā)生區(qū)域看，華豐煤礦的沖擊地壓集中發(fā)生于一采區(qū)和二采區(qū)的1405、1406、1407、1408、2405、2406等工作面，發(fā)生在一12平巷的比重相當(dāng)大。,3兗州濟(jì)寧三號(hào)煤礦 濟(jì)寧三號(hào)煤礦主要開采3號(hào)一上煤層，煤層厚度268 m，埋深 近l 000 m。在沿空掘進(jìn)6303工作面輔助平巷期間，先后三次發(fā)生較嚴(yán)重的 壓力異常顯現(xiàn)，造成巷道變形嚴(yán)重，部分地段巷道失穩(wěn)。另外，當(dāng)時(shí)正在 采煤的6300工作面的輔助平巷在來壓前一個(gè)月左右，也曾發(fā)生過一次壓力 異常顯現(xiàn)。 2004年1 1月30日，6303下作面輔助平巷1 3761 406 m共30 m段發(fā)生 煤體沖擊地壓，煤幫瞬問沖擊152 m，將巷道中的7個(gè)車盤掀翻， 同時(shí)伴有巨大的聲響，地面能感覺到輕微震動(dòng)，給礦井的安全生產(chǎn)帶來了 很大威脅。,三、“三硬”開采條件下的沖擊地壓 1徐州三河尖礦 三河尖礦四翼主采煤層及頂?shù)装迨堑湫偷摹叭病睏l件。三河尖礦西翼主 采煤層為7煤層和9煤層，開采深度已達(dá)840 m。隨著開采深度的增加，煤巖 體中的應(yīng)力越來越大，煤巖動(dòng)力現(xiàn)象越來越頻繁，沖擊地壓危險(xiǎn)越來越 大。自i 991年5月首次在7110工作面材料道發(fā)生沖擊地壓以來，累計(jì)發(fā) 生破壞性沖擊地壓達(dá)25次，僅在西翼堅(jiān)硬頂板區(qū)域發(fā)生的沖擊地壓 就達(dá)19次，破壞巷道1 700 m，具有沖擊危險(xiǎn)的工作面開采中平均每面發(fā)生破 壞性沖擊地壓次數(shù)達(dá)4次以上。 發(fā)生后的明顯特征是煤壁片幫嚴(yán)重，煤層與頂板巖層間出現(xiàn)明顯的離層 ，且頂板完好無損。沖擊區(qū)域處于斷層附近，且由工作面和材料道及聯(lián)構(gòu)成 了三角形煤柱，使該區(qū)域的應(yīng)力集中程要高于正常區(qū)域。 與瓦斯沖擊危害已成為威脅該礦安全生產(chǎn)的主要自然災(zāi)害之一。,2北京門頭溝礦 門頭溝礦主采煤層有二槽和五槽，煤厚0735 m， 傾角10。85。，采深達(dá)700 m；層間距80100 m，各層間 均有堅(jiān)硬砂巖，厚1080 m；地質(zhì)構(gòu)造由較簡單至較復(fù)雜。 該礦采用刀柱工作面布置，一個(gè)刀柱走向長度為40 m，開 采過程中沖擊地壓頻繁發(fā)生。該礦井現(xiàn)已停產(chǎn)關(guān)閉。,3大同忻州窯礦 忻州窯礦屬“三硬條件下的沖擊地壓礦井。2004年10月9日， 沖擊地壓沖毀巷道25 m，巷道底鼓1 m左右，靠煤壁一側(cè)炸幫深2 m多，支架破壞嚴(yán)重。2004年10月27日，沖擊地破壞巷道50m，底鼓最 高處約15 m，煤柱破壞深度1 m左右，附近的密閉被震裂，風(fēng)橋墻體 嚴(yán)重?fù)p壞，出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，co急劇上升。 2004年12月6日，發(fā)生的沖擊地壓致使32架支架嚴(yán)重變形，推 倒17架，有20 m巷道內(nèi)的支架被壓歪，底板稍微鼓起，風(fēng)橋受損，出 現(xiàn)漏風(fēng)，約30 m范圍內(nèi)巷道炸幫嚴(yán)重。 2005年1月21日，發(fā)生沖擊地壓時(shí)11架棚子傾倒，局部出現(xiàn)底鼓 ，底鼓20m。,4開灤唐山礦 開灤唐山礦五煤層為沖擊地壓危險(xiǎn)煤層，煤厚12 m，傾角平均 1 0。，頂板為砂巖，采用走向長壁垮落法開采。唐山礦五煤層的5257工作 面，在臨近收尾時(shí)已是四面采空，為回收14組自移式液壓支架進(jìn)行巷道準(zhǔn) 備，在套棚過程中觸發(fā)沖擊地壓，如圖a一2所示。 40 m范圍內(nèi)巷道金屬摩擦支柱全部折斷，巷道底鼓l m多。唐山礦煤與 瓦斯沖擊發(fā)生位置有以下幾種情況：在采面兩側(cè)的采煤巷道或前方邊中、 在采工作面中、在煤柱下方的巖石大巷中。沖擊地壓多為突然發(fā)生， 發(fā)生時(shí)伴有強(qiáng)烈聲響、動(dòng)和沖擊波，可使煤巖瞬間破壞并拋向工作空間， 造成粉塵飛揚(yáng)，支架嚴(yán)重壓縮變形以