煤矿冲击地压案例及发生机理ppt课件

2012年3月陈学华教授博导辽宁工程技术大学13941899779chen_xuehua@qq.com《冲击地压防治技术规范（试行）》兖矿集团有限公司《冲击地压案例及发生机理》（1）突发性：冲击地压发生前一般无明显前兆，冲击过程短暂，难以确定发生的时间、地点的强度。（2）多样性：一般 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为煤爆（煤壁爆裂、小块抛射）、浅部冲击和深部冲击。最常见的是煤层冲击，也有顶板冲击和底板冲击，少数矿井发生岩爆。（3）破坏性：往往造成煤壁片帮、顶板可能有瞬间明显下沉；有时底板突然鼓起甚至接顶；常常有大量煤块甚至上百立方米的煤体突然破碎并从煤壁抛出，堵塞巷道，破坏支架；从后果来看冲击地压往往造成人员伤亡和巨大的生产损失。（4）复杂性：在自然地质条件上，除褐煤以外的各种煤种都记录到冲击现象，采深从200～1000m，各种地质条件都发生过冲击地压。在生产技术条件上，各种采煤方法都出现了冲击地压。1.1冲击地压的显现特征1典型冲击地压发生特征及分类（一）根据显现强度及其对煤和岩层、支架、设备的破坏程度分（分为四类）1．弹射：单个碎块从煤岩体表面弹射出来，并伴有强烈的声响。2．煤炮（深部冲击）：深部的煤岩体发生破坏，但煤或岩石不向已采空间内抛出，只有片帮或散落现象，岩体震动，伴有声响，有时产生煤尘。3．微冲击：煤或岩石向已采空间抛出，但对支架和设备无损害，围岩震动，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：部分煤或岩体急剧破坏，大量的煤或岩石向已采空间抛出，出现支架折损、设备移动和围岩强烈震动，伴有巨大声响，形成大量煤尘。1.2冲击地压的分类（二）强冲击按显现地点的分类（a）在被巷道切割的煤柱中；（b）在煤层边缘部分；（c）在连续煤体中；（d）在掘进的煤层巷道中；（e）在被巷道从煤体分离出来的煤柱中；（f）在有底板或顶板破坏的巷道中；（g）初次放顶时顶板折断处。（三）根据煤岩体应力来源及加载方式1．重力型主要受重力作用，没有或只有少量构造应力的影响而引起的冲击地压。2．构造型主要受构造应力作用引起的冲击地压。3．震动型煤岩体受震动载荷而产生的冲击地压，它与重力型冲击地压的区别在于载荷的类型为脉冲式动载，载荷方向与震动波的传播形式和途径有关。4．综合型受几种载荷共同作用而引起冲击地压。兖州矿区冲击地压分类（四）按巷道破坏部位分类从巷道（煤巷、回采巷道）围岩破坏部位 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，兖州矿区的冲击动力破坏现象可分为三种类型：第一类：底板冲击（鼓起）型：东滩矿42轨3#提（两次修复）、43上07轨顺、143上06（西）工作面；第二类：顶板冲击（下沉）型：东滩矿43上04（北）工作面运顺、济三矿6300工作面辅助顺槽，东滩矿4305工作面切眼导硐；该类冲击具有顶板活动诱发冲击的特点。第三类：巷帮冲击型：济三矿6303工作面辅助顺槽；（1）东滩煤矿“2001.6.1”42轨3#提斜修复冲击地压事故2001年6月1日中班，东潍煤矿修复42轨3#提斜。20:10分左右，忽然一声巨响，冲击波将耙装机处（耙装机距迎头20m）的三人冲倒，将巷道下变坡点处（距迎头120m）三人安全帽冲歪，当时，巷道受冲击尘雾很大，满巷道看不清东西。上车场已修复的8.8m架棚巷道左帮挤出0.5～1.5m，有少量碎煤抛向右帮，左帮棚腿挤歪，部分腿梁下落，巷道底鼓1～2m，（煤面距棚梁约1m左右）。2兖州矿区典型冲击地压发生情况（1）东滩煤矿“2001.6.1”42轨3#提斜修复冲击地压事故冲击后倾斜的煤层（迎头左帮下部）修复巷道迎头上部的情况（迎头右帮上部）第二次修复时的照片（2）东滩煤矿“2005.1.3”43上05工作面切眼导硐冲击地压2005年1月3日夜班，东滩煤矿在4305切眼施工导硐。0:15发生冲击地压事故，主要有以下特征：①事故发生时产生了强烈震动，强大的冲击波造成了大量煤尘飞扬，并伴有巨大声响。②事故的发生造成了切眼导硐不同程度的断面收缩和煤帮抛出。影响范围为切眼下出口以上92.6～193m，共100.4m，其中严重影响范围为迎头外68.1m。严重影响范围内切眼两帮移近0.9～3.8m，并有三处断面几乎全部堵塞，累计堵塞长度18.1m。③事故损坏切眼风筒193m，折断单体液压支柱55棵，倒柱115棵，拉断锚杆366根、锚索39根。（2）东滩煤矿“2005.1.3”43上05工作面切眼导硐冲击地压掘进迎头冒顶区（3）济三煤矿“2004.11.30”6303工作面轨顺冲击地压事故济三煤矿6303综放工作面于2004年2月份开始回采，到11月30日，工作面推进1310.7米（辅顺）。11月30日15：40分左右，在工作面辅顺距煤壁前方66～96米范围内，实体煤侧煤体瞬间突出，将工作面移动变电站的7个车盘子掀翻，煤体突出1～2m，突出的煤体与顶板离层100～200mm，向工作面内延深5米以上。煤体突出的瞬间声响非常大，扬起大量煤尘，地面都有震感。（3）济三煤矿“2004.11.30”6303工作面轨顺冲击地压事故电站平板车被推倒吊挂电缆及煤帮（4）南屯煤矿“2007.3.13”93上04工作面中间巷冲击地压2007年3月13日凌晨1点45分，南屯煤矿93上04综放工作面中间巷发生一起冲击地压事故。中间巷自工作面煤壁向外35m～85m巷道严重底鼓，变形量最大约1.5m，两帮移近量最大约1.4m。中间巷内13辆电站车被推到煤帮，约35m轨道被立起后推到电站车一侧。这次冲击同时波及93上04工作面上顺槽，造成超前支护段12棵单体弯曲、3棵单体折断，巷道内有1处发生冒顶，冒顶范围长4m、宽3m、高2.3m。（4）南屯煤矿“2007.3.13”93上04工作面中间巷冲击地压中间巷轨道立起铁板被击穿兖州矿区深部开采矿井冲击地压类型第一类：煤柱应力（构造应力）集中型包括高应力煤柱区内形成巷道，或工作面前方支承压力峰值影响区。第二类：顶板应力集中型主要是厚且坚硬的顶底板的对巷帮煤体冲击的作用。第三类：震动应力释放型由于采掘地点附近发生震动，而造成巷道或采场周边的破坏。对中国期刊网中2000年至2010年1O年问公开发表的科技论文进行检索，共检索到相关论文367篇，根据这些论文提供的现场资料，归纳分析了我国近年来共计67个矿井发生冲击地压或有冲击地压危险的相关指标。根据文献资料检索，我国冲击地压发生最多的地区为山东省，在统计中发生冲击地压矿井数占总数的39％；其次依次是黑龙江、江苏、河南、河北、山西、辽宁、甘肃和北京等省市。山东省发生冲击地压矿井26个，如：兖州济二、济三、东滩、南屯、鲍店；新汶华丰、孙村、良庄、协庄、潘西；临沂古城；天安星村等。我国冲击地压矿井分布情况3兖州矿区冲击地压发生条件（1）煤层底板结构为复合岩层，即赋存有相对硬软岩层或者为煤岩层；（2）构造应力对冲击的发生起控制作用，发生冲击巷道的方位与最大水平主应力夹角较大（一般大于60°）；（3）冲击发生在应力叠加的煤柱区（两侧或三侧采空的条件）或工作面前方支承压力峰值区附近。3.1煤柱应力集中型冲击地压发生条件（1）煤层具有中等冲击倾向及较低的钻孔冲击临界压力；（2）煤层厚度较小（一般小于6m）；（3）较厚的坚硬顶底板的存在，且煤层与顶底板之间没有软弱岩层。3.2顶底板应力集中型冲击地压发生条件（1）在采掘空间周围留有不规则煤柱（如锯齿形或凸凹煤柱），或者不稳定煤柱（如煤柱尺寸为20～30m）；（2）煤层上方赋存有较坚硬的顶板，这样的顶板在受到不规则的凸凹煤柱的支承时不易冒落；（3）煤柱上方的顶板受到采掘扰动，产生失稳冒落，造成附近自由空间的煤岩体产生破坏。3.3震动应力释放型冲击地压发生条件4.1冲击倾向性理论发生冲击地压的煤岩体一般都具有一定的物理力学特性，决定其积聚能量并产生冲击破坏的能力，这种能力可称之为冲击倾向，是煤岩的固有属性。4冲击地压发生机理煤样动态破坏时间DT弹性能指数WET冲击能系数K说明：（1）若同时采用以上三种方法测定结果不同时，需采用综合评判的方法。（2）无冲击倾向的煤层也会发生冲击地压，如徐州旗山、权台矿，北京房山矿。（3）煤岩层冲击倾向表明了发生冲击的难易程度。4.2强度理论井下煤岩体除了承受深度压力和支承压力作用外，还存在由于地质构造作用引起的构造应力和其它应力。“煤体－围岩”系统处于复杂的受力状态，内部存在弱面，所以煤岩体的承载能力应是煤体－围岩系统的强度。只要外载大于承载能力，就会发生破坏。导致岩体破坏的决定因素，不是应力本身，而是它与岩体强度的比值。当煤岩应力等于或大于煤岩系统的强度时发生破坏。说明：（1）坚硬的煤岩层具有较大的强度，尤其是具有较大的三向强度，因此坚硬煤岩层更不容易达到发生冲击的应力条件；同时也说明不太坚硬的岩层条件合适时易于发生冲击。（2）开采深度与煤岩层所受应力大小正相关，因而开采深度大时，煤岩体应力加大，从而冲击危险增大。（3）坚硬顶板条件下，工作面前方支承压力应力集中程度较高，更易于发生冲击。（4）在煤柱中及多向采空的条件下，煤岩体中应力集中系数大大增加，可以达到5～6，甚至更大。（5）在特殊地质构造地点，会出现局部应力集中。（6）矩形巷道拐角处有较大应力集中，易出现剪切破坏；当最大构造应力方向与巷道走向夹角较大时，巷道顶底板应力集中明显。4.3能量理论该理论认为发生冲击地压需要大量能量，不仅矿体释放能量，围岩也释放能量。随着采掘范围的不断扩大，“矿体－围岩”系统在其力学平衡状态破坏时，可释放的能量大于消耗的能量时就产生冲击地压。说明：（1）坚硬的顶底板对煤体的夹持作用，会造成能量积聚。若巷道系统某一部分出现明显的变形破坏，则积聚的能量可能会缓慢释放，从而降低冲击危险。（2）在特殊地质构造地点，会造成局部能量集中。（3）外部的能量输入，会使局部区域煤岩系统能量突然增加，进而可能导致能量突然释放。（4）高应力煤柱区，或不规则煤柱区上方具有坚硬顶板时，整个系统会积聚较高能量，在应力达不到通常发生冲击的条件时，可能因为高能量的突然释放而发生冲击。4.4组合理论（三条件理论）组合理论是把强度理论、能量理论的判据以及把煤岩冲击倾向指数是否达到极限值作为冲击倾向度判据，组成了新的冲击地压判据：一般来说，强度条件为充分条件，能量条件及冲击倾向为必要条件。三个条件同时满足，才是产生冲击地压的充分必要条件。该理论有较大局限性。4.5失稳理论如果系统状态是非稳定的，在微小扰动下将发生失稳，它构成冲击地压发生的必要条件。当系统失稳释放的能量远大于消耗的能量时，才能有多余的能量转化为抛出煤块的动能和地震能，它构成冲击地压发生的充分条件。两者共同组成冲击地压发生的失稳理论判别准则。如果满足了必要条件，而没有满足充分条件，则只发生轻微的震动现象，即矿井下经常发生的微震现象。高能量的震动诱发冲击地压5冲击地压发生条件的再认识（1）浅埋深煤层发生冲击地压；2010年10月8日，神华新疆宽沟煤矿W1143工作面在下端头发生强烈冲击，煤层和底板岩石突出247m3，造成人员伤亡和设备损坏。工作面走向长壁布置，埋深317m，走向长1495m，斜长162m，倾角10～16°，煤厚平均3m，采高3m；。W1143面和W1141面间的区段煤柱为28m。5冲击地压发生条件的再认识（2）薄煤层发生冲击地压；七台河矿业公司桃山矿一采区42035工作面前后发生的近10次冲击地压现象，工作面开采85层煤，煤层厚度平均0.8m；直接顶为灰白色粉砂岩，厚度0.7m，普氏系数为4～6；老顶以中砂岩为主，平均厚度28m，普氏系数为8～l0。开采深度667—740m，采用的都是走向长壁后退式开采方式，高档普采，煤层倾角25，工作面长140～160m。5冲击地压发生条件的再认识（3）无冲击倾向的煤层，发生冲击地压；徐州东部“三软”矿区，也发生严重性冲击地压事故。如权台煤矿3127乙工作面，位于－600m水平东一采区，开采下二叠纪石盒子组（夏桥系）3＃煤层，是本区最下部最深的工作面。其直接顶为砂页岩，抗压强度为20MPa左右，弹性模量为2.5GPa左右；煤层抗压强度为10MPa左右，弹性模量为2.0GPa左右；底板为泥质页岩，抗压强度为15MPa左右，弹性模量为2.0GPa左右。5冲击地压发生条件的再认识（4）实体煤掘进发生冲击地压。2011年11月3日19时45分左右，河南义煤集团公司千秋煤矿21221下巷掘进工作面发生冲击地压事故，地面震感强烈，矿震监测震级为4.1级。冲击地压发生时21221下巷已掘进距下巷口760m处，冲击地压位置距地表垂深810m，事故发生后21221下巷460m向里巷道严重受损，540m处巷道基本合拢。5冲击地压发生条件的再认识谢谢各位领导、专家!此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！部分 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