畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-沖擊地壓防治技術(shù)研究與應(yīng)用

PAGE沖擊地壓防治技術(shù)研究與應(yīng)用專業(yè)：采礦工程班級(jí)：姓名：PAGEI 目錄 摘要 IIAbstract III1.沖擊地壓的特征 12.沖擊地壓發(fā)生的原因 23.沖擊地壓的影響因素 44.沖擊地壓的預(yù)測(cè)及治理 54.1沖擊地壓的預(yù)測(cè) 54.2沖擊地壓的治理. 6總結(jié) 9致謝 10參考文獻(xiàn) 11 摘要通過(guò)對(duì)煤礦發(fā)生沖擊地壓現(xiàn)象的現(xiàn)狀、特點(diǎn)及影響因數(shù)分析，提出并制定了適合條件的沖擊地壓危險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法和解危措施。關(guān)鍵字：沖擊地壓；解危措施；效果檢驗(yàn)；安全開(kāi)采AbstractKeyword:-PAGE12-1.沖擊地壓的特征沖擊地壓是采場(chǎng)周圍煤巖體,在其力學(xué)平衡狀態(tài)破壞時(shí),由于彈性變形能的瞬間釋放而產(chǎn)生一種以突然、急劇、猛烈破壞為特征的動(dòng)力現(xiàn)象。沖擊地壓是一種特殊的礦山壓力顯現(xiàn)。其顯現(xiàn)強(qiáng)度特征一般為弱沖擊、強(qiáng)沖擊、彈射、礦震、巖爆、煤炮、沖擊波、彈性振動(dòng)等,常伴有煤巖體拋出、巨響及氣浪等現(xiàn)象;其發(fā)生突然劇烈,沖擊波力量巨大,瞬間摧毀巷道、采煤工作面和設(shè)備,傷擊人員。煤礦沖擊地壓顯現(xiàn)主要表現(xiàn)在2個(gè)方面。一、是礦井表現(xiàn)出明顯的動(dòng)力現(xiàn)象，在巷道的開(kāi)拓掘進(jìn)與工作面生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常聽(tīng)到煤炮聲；二、是部分巷道圍巖穩(wěn)定性較差，巷道支架損壞、底鼓嚴(yán)重、兩幫變形量增大，巷道維護(hù)困難。通過(guò)某煤礦的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和礦壓資料收集，對(duì)煤礦的礦山壓力現(xiàn)象進(jìn)行了總結(jié)，其特點(diǎn)如下：1)突發(fā)性、偶然性。例如某礦九采區(qū)已開(kāi)采完5個(gè)工作面，未發(fā)生過(guò)沖擊地壓事故，該次事故發(fā)生前現(xiàn)場(chǎng)也沒(méi)發(fā)現(xiàn)應(yīng)力變化的前兆信息，事故具有明顯的突發(fā)性、偶然性。2)瞬時(shí)性。破壞過(guò)程持續(xù)時(shí)間相當(dāng)短暫，并產(chǎn)生了強(qiáng)烈震動(dòng)，強(qiáng)大的沖擊波造成了大量煤塵飛揚(yáng)，發(fā)出振動(dòng)和響聲，巨大的能量在瞬時(shí)被釋放。3)巨大的破壞性。動(dòng)力現(xiàn)象發(fā)生后損壞支架、破壞巷道甚至造成人員傷亡。巷道頂?shù)装?、兩幫移近量大，巷道破壞較嚴(yán)重。4)有別于瓦斯突出。在動(dòng)力現(xiàn)象發(fā)生后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行瓦斯含量測(cè)量發(fā)現(xiàn)瓦斯含量沒(méi)有明顯增加，這就否定了煤與瓦斯突出的可能性。2、沖擊地壓發(fā)生的原因沖擊地壓發(fā)生原因有內(nèi)因、外因兩種因素:內(nèi)因包括煤層本身的物理屬性、煤層原巖應(yīng)力狀態(tài);外因包括采深、采動(dòng)集中應(yīng)力(主要為超前支承壓力、煤柱集中應(yīng)力等)、放炮誘發(fā)等。沖擊地壓發(fā)生的內(nèi)因(1)煤層具有沖擊傾向性沖擊地壓的發(fā)生與煤巖體物理力學(xué)性質(zhì)有直接關(guān)系。煤炭科學(xué)研究總院北京開(kāi)采研究所對(duì)華豐煤礦4層煤沖擊傾向性試驗(yàn)結(jié)果表明,華豐煤礦4層煤具有強(qiáng)烈沖擊傾向性,其直接頂具有中等沖擊傾向性。(2)礫巖活動(dòng)是發(fā)生沖擊地壓的主要力源該煤礦4層煤上方基本頂為70余米厚的砂巖層,隨著工作面的推進(jìn)周期性跨落;其上為40余米厚的紅土層,隨基本頂?shù)目缏涠鴱澢鲁?再上部為500~800m的巨厚礫巖層,礫巖層完整性較強(qiáng),抗壓及抗拉強(qiáng)度均較大,采后不易冒落下沉,導(dǎo)致礫巖層與紅土層之間產(chǎn)生離層空間。隨著采空面積的加大,巨厚礫巖層形成板狀懸空巖梁,礫巖層原來(lái)的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變,從而增加了未采4層煤的應(yīng)力水平。當(dāng)板狀礫巖層懸露面積達(dá)到一定程度后,開(kāi)始緩慢下沉并周期性斷裂跨落,礫巖層的斷裂跨落對(duì)下部的煤巖體產(chǎn)生沖擊載荷,從而加劇了4層煤工作面煤體的應(yīng)力集中程度,導(dǎo)致4層煤工作面沖擊危險(xiǎn)增強(qiáng),因此,巨厚礫巖層是發(fā)生沖擊地壓的主要力源。沖擊地壓發(fā)生外因(1)采深大應(yīng)力高該煤礦首次沖擊地壓發(fā)生在-538m水平,垂深為668m,即沖擊地壓發(fā)生臨界深度為668m,開(kāi)采大于該深度就有可能發(fā)生沖擊地壓。目前礦井最大開(kāi)采深度為1230m,4層煤工作面開(kāi)采深度已達(dá)970m,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)該深度。隨著4層煤工作面采深的加大,自重應(yīng)力已超過(guò)4層煤的抗壓強(qiáng)度,較高的原巖應(yīng)力易使煤體產(chǎn)生應(yīng)力集中而破壞。(2)煤柱集中應(yīng)力的影響為滿足煤層防火的要求,相鄰采區(qū)之間和上下階段之間留有采區(qū)和階段隔離煤柱,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,4層煤柱應(yīng)力集中峰值范圍為7~12m,當(dāng)煤柱尺寸>12m后,在煤柱內(nèi)部將產(chǎn)生疊加應(yīng)力,從而為煤柱沖擊提供了基礎(chǔ)應(yīng)力條件。(3)工作面采動(dòng)集中應(yīng)力和周期來(lái)壓的影響觀測(cè)結(jié)果表明,4層煤工作面超前支承壓力集中范圍為5~35m,應(yīng)力集中系數(shù)為2.5,但上方礫巖層的超前壓力影響范圍達(dá)120m。因此,4層煤工作面采動(dòng)集中應(yīng)力對(duì)工作面影響較為明顯。4層煤分層開(kāi)采時(shí)上分層工作面周期來(lái)壓強(qiáng)度最大達(dá)510kn/m2,來(lái)壓較為強(qiáng)烈。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),4層煤沖擊地壓83%發(fā)生在頂板來(lái)壓期間,且對(duì)工作面超前壓力影響范圍破壞最為嚴(yán)重。(4)工作面推采速度的影響回采工作面推采過(guò)大后,工作面煤體集中應(yīng)力得不到及時(shí)釋放,容易造成應(yīng)力集中,因此工作面推采速度也是影響沖擊地壓發(fā)生的因素之一。(5)放炮誘發(fā)回采工作面放炮容易造成煤巖體能量釋放,因此工作面放炮是誘發(fā)沖擊地壓的主要工序,據(jù)統(tǒng)計(jì),煤礦放炮誘發(fā)沖擊地壓占75%以上。3、沖擊地壓的影響因素隨著煤礦開(kāi)采深度的逐年增加，煤巖動(dòng)力現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)并趨于嚴(yán)重。對(duì)擊地壓發(fā)生的原因是多方面的，通過(guò)系統(tǒng)的分析翻究總結(jié)影響該煤礦煤巖沖擊現(xiàn)象的主要因素為：1)煤(巖)的性質(zhì)。該煤礦煤的沖擊傾向性為強(qiáng)沖擊傾向。2)圍巖性質(zhì)。主要是頂板巖性和厚度及其吞煤層開(kāi)采后的可冒性，是影響沖擊地壓的重要因素。特別是基本頂為厚層砂巖或其他堅(jiān)硬巖層、確板也是堅(jiān)硬巖層結(jié)構(gòu)的煤層更具沖擊危險(xiǎn)性。3)開(kāi)采深度。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。該煤礦93上04工作面目前開(kāi)采深度在685m，具有開(kāi)采深度大的特點(diǎn)。4)地質(zhì)構(gòu)造的影響。通常，在地質(zhì)構(gòu)造帶日中尚存有一部分地殼運(yùn)動(dòng)的殘余應(yīng)力，形成構(gòu)造力。在煤礦中常有斷層、褶曲和局部異常帶，沖地壓常發(fā)生在這些構(gòu)造應(yīng)力集中的區(qū)域。該煤礦西部基本上是一單斜構(gòu)造，故垂直和水平應(yīng)力均，壓應(yīng)力，最易發(fā)生沖擊地壓現(xiàn)象。5)采煤方法的影響。采用綜放開(kāi)采技術(shù)進(jìn)季生產(chǎn)的礦井，其影響范圍大(一般工作面超前承壓力影響范圍達(dá)60m以上)，應(yīng)力絕對(duì)值增加但集中程度降低。相對(duì)而言，綜放開(kāi)采工作面的沖擊地壓危險(xiǎn)性比單一煤層或分層開(kāi)采的工作面的擊地壓危險(xiǎn)性小一些，但由于其影響范圍大，故工作面周圍的沖擊地壓危險(xiǎn)性將會(huì)升高。6)煤柱的影響。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。該煤礦93上04工作面采用3條巷道布置且中間巷沿3上層頂板布置，中間巷與回風(fēng)巷及運(yùn)輸巷的距離分別為60，91m，開(kāi)采煤層平均厚度5．21m，所以中間巷與回風(fēng)巷的煤柱寬度正處在煤柱沖擊危險(xiǎn)的臨界寬度范圍內(nèi)。4、沖擊地壓災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及治理4.1沖擊地壓災(zāi)害預(yù)測(cè)方法(1)經(jīng)驗(yàn)類比法經(jīng)驗(yàn)類比法是預(yù)測(cè)采區(qū)或工作面沖擊危險(xiǎn)程度和區(qū)域的常用方法。工作面開(kāi)采或巷道掘進(jìn)前,利用經(jīng)驗(yàn)類比法對(duì)工作面進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)程度劃分,采空區(qū)邊緣、斷層附近、煤柱區(qū)等均為沖擊危險(xiǎn)程度相對(duì)較高的部位,應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行防沖治理。(2)煤粉監(jiān)測(cè)法煤粉監(jiān)測(cè)是操作方便、效果明顯的一種沖擊危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)措施。監(jiān)測(cè)方法:使用MSZ12電煤鉆、Φ42套節(jié)麻花釬子配Φ42鉆頭打眼,從孔口開(kāi)始每米收集1次煤粉,并用彈簧秤稱其重量記錄在記錄表上,每打完1個(gè)孔,必須立即將結(jié)果填入記錄表,當(dāng)監(jiān)測(cè)煤粉量超過(guò)危險(xiǎn)煤粉量時(shí),預(yù)報(bào)有沖擊危險(xiǎn)。再利用電磁輻射法進(jìn)行校核監(jiān)測(cè),當(dāng)兩種監(jiān)測(cè)手段均有沖擊危險(xiǎn)時(shí),應(yīng)及時(shí)實(shí)施卸壓爆破,炮后再打1~2個(gè)煤粉監(jiān)測(cè)孔,校驗(yàn)卸壓效果,如不能消除沖擊危險(xiǎn),必須繼續(xù)實(shí)施卸壓爆破,直至消除沖擊危險(xiǎn)。(3)電磁輻射監(jiān)測(cè)法電磁輻射監(jiān)測(cè)是近幾年由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)發(fā)展研究的一種新型沖擊危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)方法,利用KBD5型流動(dòng)電磁輻射儀和KBD7電磁輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)工作面進(jìn)行電磁輻射監(jiān)測(cè)。操作簡(jiǎn)便,實(shí)用性較強(qiáng)。(4)工作面礦壓監(jiān)測(cè)法每班對(duì)上、下平巷超前支柱進(jìn)行阻力監(jiān)測(cè),找出工作面超前支承壓力影響范圍及應(yīng)力集中系數(shù),確定超前支護(hù)距離及方式。根據(jù)阻力大小預(yù)報(bào)工作面頂板來(lái)壓及應(yīng)力集中區(qū)域。在工作面中部布置2個(gè)測(cè)區(qū),測(cè)區(qū)間距20m,每個(gè)測(cè)區(qū)包括2個(gè)支架,重點(diǎn)對(duì)工作面支架阻力進(jìn)行循環(huán)監(jiān)測(cè),然后畫出監(jiān)測(cè)曲線,預(yù)測(cè)工作面頂板來(lái)壓情況,結(jié)合其他監(jiān)測(cè)手段預(yù)報(bào)工作面沖擊危險(xiǎn)度。同時(shí)對(duì)每個(gè)支架都安設(shè)自動(dòng)測(cè)壓表,一方面可以對(duì)支架初撐力進(jìn)行監(jiān)控,另一方面可以對(duì)工作面頂板來(lái)壓情況進(jìn)行全面預(yù)報(bào)分析。(5)微震監(jiān)測(cè)法利用短周期地震儀監(jiān)測(cè)記錄0.5級(jí)以上沖擊發(fā)生的次數(shù)及沖擊地壓釋放的能量。利用此趨勢(shì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)近期沖擊地壓發(fā)生的趨勢(shì)及應(yīng)力釋放情況。在定位系統(tǒng)建成之前,采用現(xiàn)在的地震儀現(xiàn)行監(jiān)測(cè)。(6)鉆孔應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)法在工作面上、下平巷超前100m均勻埋設(shè)鉆孔應(yīng)力計(jì),對(duì)巷道煤體應(yīng)力變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。鉆孔應(yīng)力計(jì)設(shè)在上平巷下幫、下平巷上幫,孔口距底板0.5m,沿煤層傾角布置,孔距20m,孔深10m。每小班監(jiān)測(cè)2次,畫出每臺(tái)應(yīng)力計(jì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果,找出應(yīng)力集中地點(diǎn)及集中范圍,配合其他手段實(shí)現(xiàn)工作面沖擊危險(xiǎn)的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。4.2沖擊地壓治理的措施根據(jù)施工技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)工作實(shí)際、施工觀測(cè)記錄和現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)組織管理，煤礦建立沖擊地壓治理的措施應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面：（1）煤巖體沖擊傾向鑒定判別煤層和圍巖沖擊傾向的強(qiáng)弱，是預(yù)測(cè)和防治工作的基礎(chǔ)。沖擊傾向性是煤巖介質(zhì)產(chǎn)生沖擊破壞的固有能力或?qū)傩?，是沖擊地壓發(fā)生的必要條件。（2）綜合指數(shù)法綜合指數(shù)法是在分析各種采礦地質(zhì)影響沖擊地壓發(fā)生因素的基礎(chǔ)上，確定采掘工作面周圍采礦地質(zhì)條件的每個(gè)因數(shù)對(duì)沖擊地壓的影響程度，以及確定各個(gè)因數(shù)對(duì)沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)影響的指數(shù)，將其綜合起來(lái)就可以形成沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定的綜合指數(shù)法。沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)是隨著采礦地質(zhì)條件的變化而在時(shí)間和空問(wèn)上發(fā)生變化的，綜合考慮南屯煤礦的實(shí)際情況，得出確定沖擊地壓危險(xiǎn)程度的綜合指數(shù)為0.84，有強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)；下一步工作面的開(kāi)采工作應(yīng)與該危險(xiǎn)狀態(tài)下的沖擊地壓防治措施一起進(jìn)行。（3）鉆屑法及電磁輻射監(jiān)測(cè)法預(yù)測(cè)沖擊地壓的常規(guī)方法主要根據(jù)2個(gè)條件，一是煤的沖擊傾向，二是支承壓力帶特征，即支承壓力峰值大小及其距煤壁的遠(yuǎn)近。如果支承壓力參數(shù)達(dá)到臨界值，并且煤層又具有沖擊傾向，那么沖擊地壓就有可能發(fā)生。而支承壓力帶參數(shù)的測(cè)定，一般多采用鉆屑法探測(cè)。煤巖體的受載變形破壞過(guò)程及原巖應(yīng)力區(qū)的重新分布變化，一般采用電磁輻射技術(shù)探測(cè)。。(7)開(kāi)采解放層為從根本上治理沖擊地壓,華豐煤礦實(shí)施了開(kāi)采解放層方案,首先開(kāi)采弱沖擊傾向且沒(méi)有出現(xiàn)沖擊地壓現(xiàn)象的6層煤,然后在解放范圍內(nèi)開(kāi)采4層煤。研究結(jié)果表明,在保護(hù)角內(nèi)4層煤頂?shù)装鍑鷰r應(yīng)力得到較大范圍和幅度的降低,直接底、直接頂、基本頂應(yīng)力降低幅度約35%。實(shí)施解放層開(kāi)采后,沖擊現(xiàn)象明顯降低。(8)合理開(kāi)采各煤層、水平、階段、采區(qū)應(yīng)按合理順序開(kāi)采,避免相向回采和形成孤島煤柱。采用長(zhǎng)壁開(kāi)采方法,冒落法管理頂板。厚層堅(jiān)硬砂巖頂板大面積懸頂時(shí),應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)行放頂。采用無(wú)煤柱護(hù)巷,盡量不留煤柱,少掘巷道。開(kāi)拓巷道及永久峒室,應(yīng)布置在巖層或無(wú)沖擊地壓危險(xiǎn)的煤層中。(9)煤層注水煤層注水可以使煤的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，降低煤體的強(qiáng)度；使得煤體積蓄彈性能的能力下降，以塑性變形能方式消耗彈性能的能力增加。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)記錄的數(shù)據(jù)可知：煤層注水后，工作面支承壓力的峰值降低，應(yīng)力集中系數(shù)明顯降低，頂板下沉速度明顯增加，煤層的普氏系數(shù)降低，塑性增加。煤層注水可有效防治和減弱沖擊地壓的危險(xiǎn)性。結(jié)合93上04工作面的實(shí)際生產(chǎn)和管理情況，煤層注水采用與工作面煤壁平行的長(zhǎng)鉆孔高壓注水法。注水和采煤工作基本保持同步作業(yè)，但一定保證注水的超前時(shí)間應(yīng)低于3個(gè)月，因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，注水效果會(huì)降低。這種方法可以最大限度地使用機(jī)械，而且注水工作可在沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域外進(jìn)行，比較適合該礦這種具有強(qiáng)沖擊傾向的復(fù)合煤層。(10)爆破卸壓工作面開(kāi)采期間,可對(duì)工作面煤體進(jìn)行超前松動(dòng)爆破和卸壓爆破。松動(dòng)爆破是一種超前治理措施,卸壓爆破是一種被動(dòng)卸壓治理措施,當(dāng)監(jiān)測(cè)到有沖擊危險(xiǎn)后,應(yīng)立即實(shí)施卸壓爆破。卸壓孔深7~10m,孔間距不>5m,每次引爆4~5個(gè)卸壓孔,以提高卸壓效果。另外,還可在切眼掘進(jìn)期間應(yīng)用過(guò)大鉆孔卸壓措施;在煤柱集中應(yīng)力區(qū)應(yīng)用巷道卸壓等措施?？偨Y(jié)本文提出了實(shí)用的沖擊地壓的評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)方法、實(shí)用解危措施和相應(yīng)沖擊壓治理效果檢驗(yàn)措施以及沖擊地壓應(yīng)急預(yù)案。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明，這些方法和措施具有良好效果，保證了有沖擊傾向煤層的安全開(kāi)采。