第11章煤矿动压现象及其控制
11煤矿动压现象及其控制10
11.1 冲击矿压现象形成特点与分类
冲击矿压的特点： 冲击矿压的特点：
冲击矿压是煤岩体聚积能量突然释放的一种矿压显 现形式，具有以下特点： 现形式，具有以下特点： （1）突发性。事前无明显宏观前兆，难以准确预报。 ）突发性。事前无明显宏观前兆，难以准确预报。 （2）瞬时振动性。发生过程急剧而短暂，像爆炸一样伴 ）瞬时振动性。发生过程急剧而短暂， 有巨大的声响和强烈的震动， 有巨大的声响和强烈的震动 ， 震动波及范围可达几千米 甚至几十千米， 地面有地震感觉， 甚至几十千米 ， 地面有地震感觉 ， 但一般震动持续时间 不超过几十秒。 不超过几十秒。 （3）巨大破坏性。 ）巨大破坏性。 （4）复杂性。各种煤层条件、不同开采深度、开采方法 ）复杂性。各种煤层条件、不同开采深度、 都出现过冲击矿压。 都出现过冲击矿压。
q 2 L5 U w= ，（悬臂梁） 8 EJ q 2 L5 ，（两端固支梁） U w= 576 EJ
煤 体
(1 − 2 µ )(1 + µ ) 2 2 2 U V= ⋅γ H 2 6 E (1 − µ ) U d= (1 + µ )(1 − 2 µ ) ⋅γ 2H 2 3E (1 − µ ) 2
2
11 煤矿动压现象及其控制
11.1 冲击矿压现象形成特点及分类 11.2 冲击矿压发生机理 11.3 冲击矿压的预测预报及危险性评定 11.4 冲击矿压的防治 11.5 顶板大面积来压
11.0 引言
什么是煤矿动压现象？ 什么是煤矿动压现象？ 煤矿开采过程中， 煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量 弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、 弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、 冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、 冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以 及气浪等明显的动力效应。 及气浪等明显的动力效应。这些现象统称为煤矿动 压现象。 压现象。 煤矿动压现象具有突然爆发的特点， 煤矿动压现象具有突然爆发的特点，危害程度 比一般矿山压力显现程度更为严重。 比一般矿山压力显现程度更为严重。
煤矿动压现象及其控制
§11.5
顶板大面积来压
2.大面积冒顶的原因： 顶板岩层强度在一定的支撑条件下超过了其极限值。 两种看法：
一种看法认为：由于进行开采，顶板大面积悬 露而不冒落，在自重应力作用下，当弯曲应力值超 过其强度极限时，将出现断裂或使原生的细微裂隙 扩展，一旦这些裂隙贯穿坚硬岩层时，则发生断裂。 另一种看法认为：由于顶板大面积悬空，在煤柱上的 顶板岩层产生强大的切应力，导致顶板被切断。 也就是前一种看法认为岩层是被拉断的，而后 一种看法则认为岩层是被剪断的。
煤层注水
定向裂隙
§11.4
冲击矿压的防治
卸压爆破
钻孔卸压
§11.5
坚硬顶板：
顶板大面积来压
坚硬顶板是初次跨落步距大于25m，强度指数大于 120MPa的顶板。
坚硬顶板特点：
1.坚硬顶板一般由硬砂岩、砾岩、石灰岩等组成； 2.直接顶很薄或者基本上无直接顶，老顶厚度一般为 8～40米，甚至更大； 3.整体性强，节理裂隙不发育，弱面较少，自稳能力强。
3.形成暴风； 4.破坏力强。
§11.5
顶板大面积来压
二、顶板大面积来压的成因和机理 大面积冒顶是当煤层顶板由砂岩或砾岩等整体厚度 构成时才会发生。 1.难冒落原因：
1.砂岩、砾岩等强度很大，其单向抗压强度可达 80～160MPa，甚至达200MPa；
2.这些岩层一般为厚层整体结构，岩体中的层理、 节理和裂隙都不发育；
§11.5
三、大面积冒顶的预兆
顶板大面积来压
1.顶板断裂声响的源率和音响增大； 2.煤帮有明显受压和片帮现象；
3.底板出现底鼓或沿煤柱附近的底板发生裂缝；
4.巷道（上下顺槽）超前压力较明显； 5.工作面中支柱载荷和顶板下沉速度明显增大； 6.有时采空区顶板发生裂缝或淋水加大，向顶板中 打的钻孔原先流清水，后变为流白糊状的液体。
矿山压力与岩层控制课后习题
第一章 矿山岩石和岩体的基本性质1、岩石的孔隙性、孔隙度和孔隙比有什么不同？研究它们有何意义？2、岩石受载时会产生哪些类型的变形？岩石的塑性和流变性有什么不同？3、将某矿的页岩岩样做成5cm ×5cm ×5cm 的三块立方体试件，分别作剪切角度为45°、55°和65°的抗剪强度实验，施加的最大载荷相应地为22.4、15.3和12.3KN ，求该页岩的内聚力C 和内摩擦角值，并绘出该页岩的抗剪强度曲线图。
4、对某矿石灰岩进行抗剪强度实验结果，当时，当时。
如果已知该岩石的单向抗压强度,求侧压力时其三轴抗压强度是什么？5、莫尔强度理论和格里菲斯强度理论在本质上有何区别？为什么莫尔强度理论较广泛地用作岩石强度条件？他可用来解释那些问题？6、试叙述单向拉伸、单向压缩、双向拉伸、双向压缩、双向不等拉压、纯剪、三向等拉、三向等压和三向不等压的应力圆（设压应力为正，、、分别为最大、中间和最小应力）。
7、岩石强度的压性能有何意义？如何根据莫尔应力圆和斜直线型强度包络线求解岩石试件在单向受力条件下的压拉比？8、如果某种岩石的强度条件为试求：（1）这种岩石的单轴抗压强度；（2）设压应力为正，单位为MPa ，则下列应力状态的各点是否会产生破坏，（40，30，20）；（53，7，30，6.3）；（53.7，30，1）；（1000，1000，1000）。
9、某种岩石在单轴压缩过程中，其压应力达到28MPa 时即发生破坏，破坏面与最大主平面的夹角为60°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化，计算，（1）这种岩石的内摩擦角；（2）在正应力为零的平面上的抗剪强度；（3）上述试验中与最大主平面成30°夹角的平面上的抗剪强度；（4）破坏面上的正应力和剪应力。
10、解释岩体强度变化曲线图的含义，是考虑是否有其他方式能更多的反映岩体ϕMPa n 8.41=σMPa 8.151=τMPa n 2.81=σMPa 181=τMPa R 6.821=MPa 53=σ1σ2σ3σ)MPa (tan 10300+=ατ321σσσ>>强度特征？11、某矿按双千斤顶法对主井井口表土层下基岩中制取的四个试体进行了原地剪切试验，每次先施加法线力N 到一定值且稳定不变后再施加倾斜15°的推力P ，直到试体沿底板岩面发生剪切破坏，试验结果如下：擦角υ值。
动压现象
煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显的动力效应。
这些现象统称为煤矿动压现象。
它具有突然爆发的特点，其效果有的如同大量炸药爆破，有的能形成强烈暴风，危害程度比一般矿山压力显现程度更为严重，在地下开采中易造成严重的自然灾害。
但是，这种动压现象并不是每个矿井都会发生，而且也是可以防治的。
煤矿动压现象的成因和机理各地不完全相同，它的显现形式也有差异。
因此，正确地区分各种动压现象的实质，对深入研究和制定相应的防治对策都有重大的实际意义。
目前，根据动压现象的—般成因和机理，可把它归纳为三种形式，即冲击矿压顶板大面积来压煤和瓦斯突出。
前两者完全属于矿山压力的研究范畴。
而后者除矿山压力的作用外，还有承压瓦斯的动力作用。
冲击矿压、顶板大面积来压、煤和瓦斯突出、矿震统属矿山动力现象。
它们的发生机理各不相向，但可互为诱发因素，且都具有动力特征。
大面积顶板来压原则上属重力式突然破断、一般以部分岩体缓慢破坏为先导，岩层整体破断正是局部破裂不断发展的结果。
破断的同时，己破坏岩体的位能突然转化为动能而显现弹性能的释放，但大部分弹性能已在局部破裂时缓慢释放。
从显现特点上它与冲击矿压的区别在于冲击矿压发生时顶板一般不垮落。
煤和瓦斯突出是指瓦斯和煤同时向巷道内突出。
它和冲击矿压在表现上有类似性，发生时都出现煤体的破碎，而且有时两者同时出现。
其主要区别是，对冲击矿压而言，弹性能的释放是第一位因素，破坏较猛烈，震动更强烈，由已破裂的煤体中释放出瓦斯则是次要的、第二位的因素。
煤和瓦斯突出则相反，瓦斯释放是第一位因素、破坏较缓慢，震动也较弱，而煤、岩抛出则是第二位的因素。
突出后大部分煤体破坏成碎煤，且具筛选性。
矿震是指由于开采活动引起的矿山岩层震动。
它是巷道周围介质突然在一瞬间发生震动，同时伴有巨声、冲击波、弹性回跳等作用而不发生煤、岩抛出的一种弹性能释放现象。
《矿山压力及岩层控制》(Ground Pressure and Strata Control)课程教学大纲
课程编号：012102《矿山压力及岩层控制》（Ground Pressure and Strata Control）课程教学大纲48学时 3学分一、课程的性质、目的及任务《矿山压力与岩层控制》课程是采矿工程专业必修的专业核心课程和主干课程。
该课程全面反映了我国矿山压力与岩层控制研究方面所取得的科研成果和生产实践经验，适当介绍了可借鉴的国外相关理论和技术。
本课程的任务是使学生掌握：煤矿回采工作面和采区巷道矿山压力及其控制的基本理论和基础知识，采掘空间周围岩体内的应力重新分布规律，回采工作面围岩结构及其移动、破坏规律，支架－围岩相互作用关系以及矿山压力的控制方法等。
通过课程学习，使学生能够针对矿山生产地质条件，合理布置巷道和回采工作面，合理设计回采工作面顶板和巷道围岩的控制方法，掌握防治顶板事故和冲击地压预测、预防技术。
了解矿山压力研究的基本方法，具备分析和解决矿山压力问题的能力。
二、适用专业采矿工程。
三、先修课程材料力学、岩石力学。
四、课程的基本要求1．掌握矿山压力、矿山压力显现、矿山压力控制等基本概念，了解研究矿山压力的目的、意义。
2．掌握开采空间围岩应力重新分布规律，原岩应力、构造应力、支承压力、极限平衡状态、超前支承压力、残余支承压力等概念，岩体内的弹性变形能。
3．掌握回采工作面及其采空区上覆岩层所形成的“竖三带”与“横三区”；掌握直接顶的稳定性，老顶岩层“梁”与“板”模型，老顶岩层破断块体形成的“砌体梁”结构及其稳定性；了解“关键层”理论、采场岩层移动与控制以及底板岩层破坏规律。
4．掌握回采工作面老顶初次来压、周期来压及其来压步距；掌握矿山压力显现的影响因素，顶板压力的构成及其估算，老顶来压预报方法。
5．掌握直接顶分类与老顶分级。
掌握工作面支架与围岩相互作用关系，工作面支架的基本类型和性能，支架合理工作阻力的构成及其估算；支撑式、掩护式、支撑掩护式支架的特点及其适应条件。
掌握综采工作面端面顶板稳定性影响因素；综放工作面顶板稳定性影响因素。
第十一章煤矿动压现象及其控制.pptx
一、冲击矿压影响因素
2. 地质条件对冲击矿压的影响
（1）开采深度
开采深度越大，冲击矿压发生的可能性也越大。
矿井 门头沟 天池 抚顺 城子 大台矿 陶庄 房山 唐山 最小采深,/m 200 240 250 370 460 480 520 540
第二节 冲击矿压发生机理
一、冲击矿压影响因素
一、冲击矿压影响因素
1. 冲击矿压影响因素分析
冲击矿压发生的原因
自然的
技术的
组织管理的
较地煤 大层岩
的中冲 原的击
岩厚倾 应岩向
力层性
局 部 应
力 集
中
生 产 过
度 集
中
采 矿 地 质
因 素
限 制
防
治 措
施 的
限 制
煤
层 的
超 量
开 采
无
投
资 及
投 资
没 到
位
防
缺
治采乏
措矿培
施作训
采业违
取不反
不当规
7~25 60~90 6~8 12~16
医学分析表明：
上肢
5~9
骨
3~8
➢ 脑部，91% ➢ 胸部，60% ➢ 内部器官，18% ➢ 上下肢，18%
腹腔 肝 膀胱 骨盆 下肢 人在坐的位置 人在站的位置
4.5~10 3~4 10~18 5~9 5 5~12 4~6
第一节 冲击矿压现象形成特点及分类
第十一章 煤矿动压现象及其控制
主讲人： E_mail: TEL：
2012-6-01
第十一章 煤矿动压现象及其控制
第一节 冲击矿压现象形成特点及分类 第二节 冲击矿压发生机理 第三节 冲击矿压的预测预报及危险性评定 第四节 冲击矿压的防治 第五节 顶板大面积来压
论煤矿开采中的动压现象及其控制
量弹性能 的煤 、岩体在 高应力状态下 突然 冒落或抛 出， 释放 巨大的能 量， 产生声响、震动、气浪等显著的动力效应 。文章对煤矿动压现 象 的几种类型及其 成因进行 了分析，提 出了动 压现 象的预防与控制措 施 ，并进行 了举例分析 ，最后针 对支护技 术提 出了几点建议。 【 关键词 】 采煤 ；工作 面 ；顶板 ；压力 ；分析与处理 １煤矿动压 现象的几种类型及其成因 煤矿 回采工作 面和 采区巷道顶板压力 主要 分为静压现象和动压 现象两种 类型， 本文主要探讨 的是动压现 象。 综合成因 、 表现形式及 形成机理几个方面可 以将煤矿的动压分为冲击矿 压、煤及瓦斯突然 喷出和顶板大面积来压三类 。 （ １ ） 冲击矿压是指 在高应 力作用下煤或岩体聚集 了大量 的弹性 变形 能， 采掘 工程接近该 处时， 由于部分岩体接 近极限平衡 状态， 再 加之爆破等诱发 因素， 导致力学系统 的平衡 突然 的破坏， 瞬时发生煤
随着掘进机向前施工及时打设顶帮支护距工作面迎头往后3m远开始出现顶板缓慢下沉顶板锚杆锚索铁托盘发生严重变形个别锚索被拉断顶板最大下沉量在一个月内高度缩小300520mm顶板经常出现巨大的岩层断裂的声响工作面的煤体经常随着掘进机的割煤煤体抛出200300mm远这种深部地层断层破碎带周围岩体中出现的冲击地压严重危及工作面安全生产
煤 矿 技 术
论煤矿开采中的动压现象及其控制
岳 锦 美
（ 国投 新集能源股份有限公司刘庄煤矿 。
【 摘 要】 煤矿 动压现象是 指煤矿井下进行开采过程 中， 积聚 大
作面顶板必然 出现来 压现 象。再次，因为工作面顶板来压 时的顶板 下沉量要 比平 时大得多，所以利用 回采工作面顶板下沉量来预报顶 板来压 。最后 ，利用 回采 工作面其它矿 山压力显现作为顶板来压预 报的参考指标 。如顶 板的破碎度变化、煤壁片帮程度 、支架受力大 小、顶板断裂 的响声及采煤机割煤时理瓦斯的基础工作 ，必须按照 国家 的要求先 抽后采 ，抽采 结合 ，抽采 达标的要求进行瓦斯抽放工作 。只有从根 本上将 瓦斯体积 分数降低 ，才能有效地控制煤和瓦斯 突出这种动压 显现现象 ，确保煤矿安全生产 。 ３ 动 压 控 制 举 例 某矿综 掘段施 工的－ ５ ０ ０十层右开切跟 ，由于靠近边界Ｆ ４大 断 层 ，巷道掘进 过程中顶板动压 明显 。切 眼设计长度２ ０ ０ ｍ ｍ ，现已施 工１ ２ ０ ｍ ， 全煤工作面， 煤层厚度２ ． ８ ～３ ． ２ ｍ ， 巷宽４ ． ２ ｍ ， 巷道倾角１ Ｏ ～ ｌ ５ 。，全煤 综掘 机施工。巷道支护采用锚网索带联合 支护 ，顶板采 用准 １ ８ ｍ ｍ ×２ ． ７ ｍ 螺纹钢锚杆配Ｗ 型钢带及金属网、 锚索联合支护 。 锚杆布置形式 ，五排矩形布置 ，间距 ×排距８ ０ ０ ｍ ｍ×ｌ Ｏ ０ ０ ｍ ｍ，锚索线 为准 １ ６ ． ５ ｍ Ｘ ７ ． ０ ｍ 钢角线 ，Ｗ型钢带采用宽２ ６ ０ ｍ ｍ 、厚３ ０ Ｉ ｎ ｍ钢带 制成 ， 护 帮采用 准１ ６ ｍ Ｘ １ ． ６ ｍ树脂锚杆配准１ ２ ｍ ｍ 金属网联合支 护， 锚杆 间距 ×排距＝ ｌ Ｏ ０ ０ ｍ Ｘ １ ０ ０ ０ ｍ ， 四排矩形布置 。 随着掘进机 向前施 工及 时打设顶 帮支护， 距工作面迎头往后３ ｍ 远开始出现顶板缓慢下 沉 ，顶 板锚 杆、锚索铁托盘发生严重变形 ，个 别锚索 被拉 断，顶板 最大下沉量在一个月 内高度缩小３ ０ ０ ～５ ２ ０ 岫 ，顶板 经常出现巨大的 岩层 断裂的声响，工作面 的煤体经 常随着掘进机 的割 煤，煤体抛出 ２ ０ ０ ￣３ ０ ０ ｍ ｍ远 ， 这种深部地层 ，断层破碎带周围岩体中出现的冲击 地压严重危及工作面安全 生产 。针对这 种情 况，该矿采用 了局部加 打工字钢单体棚子 ，打设密集 圆木 点柱 联合 支护方式加以控制，有 效地控制了动压影响。 ４ 关于煤矿支护 的几点建 议 下面结合安徽 一些煤矿 的实际情况给出一个工作面 、巷道支护 方式选择实例： 支护强度验算 ： Ｐ ＝ ８ ｈ丫×ｇ 式 中：Ｐ 一工作面上覆 ８倍采高岩石所 需支护强度 ； Ｙ一上覆岩层平均容重 ； ｈ ＿ 工作 面 采 高 ； ｇ 一重力换算单位 。 ４ ． １顶板支护：锚 索＋锚杆 ＋钢 筋托梁 ＋金 属网联合支护 锚杆布置 ：锚杆间距 ９ ０ Ｏ ａ ｒ ｌ ， 排距 ８ ５ ０ ｍ ｍ ，每排 ７ 根， 切 眼两僦 巷帮顶锚杆距帮 ４ ０ ０ ｍ ｍ ，安设角度 向外与垂直方 向成 ２ Ｏ 。角，其余 与顶板垂 直布置 ， 采用钢筋托梁和托板 固定 。 锚杆为 ２ ０ ×２ ４ ０ ０ ￣， 杆尾螺纹 Ｍ ２ ２ ；托板为钟 型加球垫，规格为 １ ２ ０ Ｘ １ ２ ０ ×８ 哪 ；钢筋托 梁 为中１ ４的钢 筋焊接 ， 规格 ６ ０ ×３ １ ０ ０ ｍ， 两端安设锚杆位置各焊两 根加 强纵 筋。 锚杆固定采用 树脂加 长锚固， 锚固剂型号 Ｋ ２ ３ ３ ５ ／ Ｚ ２ ３ ６ ０ ， 支快速 一支中速 ， 锚 固长度 １ ２ ０ ０ ｍ ｍ 。 ． 锚索布置 ： 锚索规格 中ｌ ５ ． ２ ４ ×８ ５ ０ ０ ￣ ，采用梅花形布置 。 布置 方式为三 、二式 ，一排三根 （ 配合 ２ ５ ０Ｘ２ ５ ０ ×１ ６ ｍ ｍ的钢托板和长 ２ ５ ０ ｍ ｍ的 １ ４ ＃ 槽钢梁 ） ， 一排 二根 交错布置 ， 间距 １ ８ ０ ０ ｍ ｍ ， 排距 ８ ５ ０ ｍ， 每隔一排 打一排锚索，达 到排距 要求后应及 时进 行打注 ，严禁滞后。 锚固方式为端头锚 固，锚 固剂型号 Ｋ ２ ３ ３ ５ ／ Ｚ ２ ３ ６ ０ ，一支快速，两支 中速 ，锚 固长度为 １ ５ ０ ０ ｍ ｍ 。 顶部金属网 ： 采用 １ ２ ＃ 铁丝编制而成 的 ３ ３ ０ ０ ｍ ｍ ×ｌ Ｏ ０ ０ ｍｌ 的菱形 金属网 （ 网孔 为 ５ ０ ×５ ０ ｍ ｍ ） 。 ・ ４ ． ２ 巷 帮支 护 ． 锚杆布置 ： 锚杆 间距 ８ ０ ０ ｍ ｍ ， 排距 ８ ５ ０ ｍ ｍ ， 每排 ３ 根， 巷帮两侧
矿山压力及其控制考试大纲
《矿山压力及其控制》考试大纲学院（盖章）：负责人（签字）：专业代码：081901、081920、430119专业名称：采矿工程、资源开发规划与设计、矿业工程考试科目代码：825 考试科目名称：矿山压力及其控制（一）考试内容试题以钱鸣高、石平五编著《矿山压力及其控制》（第一版）（中国矿业大学出版社，2003年11月，徐州）为蓝本，内容涵盖该教材的第一至十一章，非煤矿山岩层控制与研究方法等方面的内容都可能涉足到，但以煤矿地下开采方面的知识为主，兼顾露天矿和金属矿地下开采的矿山压力问题。
试题重点考查的内容：一. 矿山岩石和岩体的基本性质1. 矿山岩石、岩体的基本力学属性2. 岩体破坏的基本强度理论与判别标准二. 矿山岩体的原岩应力及其重新分布1. 岩体中的原岩应力和弹性变形能2. 圆形巷道周边应力分布求解的理论方法3. 围岩的极限平衡与支承压力分布4. 支承压力在底板岩层中的传播三. 采场顶板活动规律1. 有关采场上覆岩层活动规律的假说2. 直接顶和老顶的垮落、断裂形式3. 回采工作面上覆岩层活动规律与分析方法四. 采场矿山压力显现基本规律1. 老顶的初次来压和周期来压2. 回采工作面矿山压力显现的基本规律3. 回采工作面前后支承压力的分布4. 影响采场矿山压力显现的主要因素五. 采场顶板支护方法1. 顶板分类与底板特征2. 采场支架类型与支架力学特征3. 采场支架与围岩相互作用原理4. 回采工作面顶板控制及常用支护方法5. 综合机械化采煤工作面顶板控制设计六. 采场岩层移动与控制1. 岩层移动引起的采动损害类型2. 岩层控制的关键层理论3. 采场上覆岩层移动规律与控制技术4. 采场底板破坏七. 巷道矿压显现规律1. 巷道围岩应力及变形规律2. 受采动影响巷道矿压显现规律及其控制方法八. 巷道维护原理和支护技术1. 无煤柱护巷2. 巷道围岩卸压3. 巷道金属支架与锚杆支护4. 软岩巷道围岩变形规律及其支护技术九. 厚煤层综放开采岩层控制1. 顶煤破碎机理与运移规律2. 放顶煤开采矿山压力显现的基本规律十. 浅埋煤层开采岩层控制1. 浅部煤层长壁工作面上覆岩层活动特点2.浅埋煤层采场支护方式十一. 煤矿动压现象及其控制1. 冲击矿压现象形成特点、发生机理及分类2. 冲击矿压的预测预报及危险性评定3. 冲击矿压的防治技术措施（二）考试的基本要求是：一. 基本概念要清晰。
011第十一章矿山压力及控制
地下岩体在受到开挖以前,原岩应力处于平 衡状态。开掘巷道或进行回采工作时，破 坏了原始的应力平衡状态，引起岩体内应 力重新分布，并一直延续到岩体内形成新 的平衡为止。在应力重新分布过程中，使 围岩产生变形、移动、破坏，从而对工作 面、巷道及围岩产生压力。通常把这种因 围岩移动而产生的压力称为矿山压力。
矿山压力与岩层控制是矿业工程的基础学科，其 特点：
1、采矿工程岩体结构的本质 与地面工程不同，地下工程围岩既是一种载荷，也是一种结构， 施载体系和承载体系之间没有明显界限。 2、采矿工程的移动特征 3、采矿工程中围岩的大变形和支护体的可缩特征 注重支架-围岩相互作用关系的研究，要求支架具备良好的支撑性 能和一定的可缩性能。 4、采矿工程中的能量原理和动力现象 冲击地压、顶板大面积来压、煤与瓦斯突出以及矿震都是动力灾 害。 冲击地压是裂纹扩展和变形局部化导致的失稳现象。
开挖过程地下岩层及煤层运移规律模拟
开挖过程地下岩层及煤层运移规律模拟
开挖过程地下岩层及煤层运移规律模拟
开挖过程地下岩层及煤层运移规律模拟
巷道围岩变形及应力分布
层状岩层中的复杂应力场
锚杆支护巷道变形情况
在矿山压力作用下，会引起各种力学现象， 如围岩的变形、破坏、冒顶、底鼓、煤岩 片帮、支护物破坏、折损等等，通常把这 些由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支 护物产生的种种力学现象称为矿山压裂隙、孔隙、 断层、层面
岩块
构造和断层
回采空间周围应力重新分布： 回采空间周围应力重新分布： 不同方向临空，应力叠加； 不同方向临空，应力叠加； 在拐角处应力集中程度高； 在拐角处应力集中程度高； 按临空自由面多少，应力集 按临空自由面多少， 中程度有如下关系： 中程度有如下关系： 孤岛 > 半岛 > 拐角 > 单面
第十一章 煤矿动压现象及其控制
2、煤矿动压现象
煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性 能的煤岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛 出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显 的动力效应。这些现象统称为煤矿动压现象。 这种动压现象并不是每个矿井都会发生，它也是 可以防治的。煤矿动压现象的成因和机理各地不完全 相同，它的显现形式也有差异。因此，正确地区分各 种动压现象的实质，对深入研究和制定相应的防治对 策。都有重大的实际意义。目前，根据动压现象的一 般成因和机理，可把它归纳为三种形式，即冲击地压、 顶板大面积来压和煤与瓦斯突出。
§11.1 冲击矿压现象形成特点及分类
一.冲击矿压现象
1、冲击矿压现象 冲击矿压是煤矿开采过程中承受高应力的煤岩体突然破 坏而释放弹性能的矿山压力动力现象。 2、特征 1).伴有很大的声响，岩体震动和产生冲击波； 2).有时向采空空间抛出大量的碎煤或岩块，形成很多 煤尘； 3).有时还释放出大量的瓦斯。
Ⅱ级——中等冲击（10—50t）
Ⅲ级——强烈冲击（50t以上）
§11.1 冲击矿压现象形成特点及分类
四、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：
பைடு நூலகம்
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。
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）
夹持煤机理示意图
§11.2
3、冲击倾向理论：
冲击矿压发生机理
介质实际的冲击倾向度大于规定的极限值。 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。
矿山压力及其控制概述
矿山压力及其控制概述矿山作为一种特殊的工作环境，其压力问题一直备受关注。
矿山压力是指矿山开采过程中由于地质条件、采矿方式、采场布置等因素所形成的对地表、井筒和巷道等构筑物以及人员作业产生的压力。
矿山压力不仅对工程结构的稳定性和机械设备的正常运行产生影响，而且还对矿工的健康和安全造成威胁。
因此，矿山压力的控制是保证矿山正常、安全、高效开采的重要前提。
矿山压力的控制可以通过以下几个方面来实现：1.合理的采场布局和采矿方式：合理的采场布局和采矿方式可以减小岩层顶板的压力，并降低地表和井筒等构筑物受到的压力。
例如，在岩层顶板稳定条件较差的区域，可以采用长壁工作面或房柱工作面等相对稳定的采矿方式，减小岩层顶板的位移和压力。
2.巷道支护和岩层顶板管理：对于巷道来说，合理的支护方式和材料可以增强巷道的稳定性，减小巷道受到的压力。
岩层顶板的管理包括进行岩层控制、降低巷道高度、提高巷道顶板强度等措施，以减小岩层顶板的位移和压力。
3.水文地质调查和水压力控制：通过水文地质调查，了解地下水位、水头和水文地质条件等，采取适当的排水措施，控制水位和水压力的变化，减小对巷道和井筒等构筑物的压力。
4.地应力测量和监测：地应力测量和监测是评估岩层压力和地层压力的重要手段，能够提供有关矿山内部地应力分布的准确数据，为矿山压力的控制提供科学依据。
可以通过测量地应力来确定巷道和井筒等构筑物的支护压力，以及确定开采影响范围和区域压力分布，从而合理安排支护措施和工作面进度。
5.人员密闭和防灾避险：在煤矿开采中，为了保证矿工的安全，可以采取人员密闭和防灾避险等措施，减小不安全因素的影响。
总之，矿山压力的控制是矿山开采过程中的关键问题，控制矿山压力有利于保证矿山的稳定和人员的安全，提高矿山的生产效率。
通过合理的采场布局、巷道支护、岩层顶板管理、水压力控制和地应力测量等措施，可以减小矿山压力的影响，实现矿山的正常、安全、高效开采。
矿山压力及其控制采场岩层移动与控制
锚杆加固
利用锚杆对采场岩层进行 锚固，增强岩层的抗剪切 和抗拉能力，防止岩层发 生位移或崩落。
充填加固
利用充填材料对采场岩层 进行填充，增加岩层的支 撑力和承载能力，提高岩 层的稳定性。
采场岩层移动预测技术
1 2 3
数值模拟
利用数值计算方法对采场岩层移动进行模拟，预 测岩层移动的范围、速度和方向，为采场设计和 安全防护提供依据。
采用控制开采深度、调整采空区处理方式、加强采空区监测等措施 ，有效控制岩层移动。
实施效果
经过调整，采空区岩层塌陷得到有效控制，周边环境得到保护，安全 生产得到保障。
矿山压力与采场岩层移动联合控制案例
案例概述
某大型矿山的采场在开采过程中，面临矿山压力和采场岩 层移动的双重挑战，给安全生产带来极大威胁。
01
02
03
04
弯曲下沉
岩层在采空区上方发生弯曲， 向下移动。
破裂与断裂
岩层在采空区边缘发生破裂或 断裂。
离层
岩层之间出现分离，形成空隙 。
隆起
岩层在采空区下方局部隆起。
采场岩层移动过程
初采阶段
01
岩层开始移动，但移动范围较小。
中期阶段
02
岩层移动范围扩大，达到最大值。
末期阶段
03
岩层移动逐渐减小，趋于稳定。
支架选型与支护
根据采场条件选择合适的支架类型和 参数，确保支架具有足够的承载能力 和稳定性。
充填采空区
利用充填材料充填采空区，支撑上覆 岩层，减小顶板压力。
矿山压力控制效果评估
顶板下沉量与下沉速度
通过监测顶板的下沉量和下沉速度，评估矿 山压力控制效果。
岩层移动范围
通过分析岩层移动的监测数据，评估采场岩 层的稳定性。
第十一章煤矿动压现象及其控制
四、冲击矿压和矿山震动对环境的影响
冲击地压将造成类似于地震那样的灾害
日期 1970.09.30 1981.07.12 1982.06.04
地点 Bytom Bytom Bytom
震动能量 8×109 1×109 9×108
震级 4.26 3.8 3.77
建筑物破坏数量 427 452 588
第二节 冲击矿压发生机理
σ P2
岩体非稳定区
第二节 冲击矿压发生机理
二、冲击矿压发生的机理及判据
强度理论：矿体-围岩力学系统的极限平衡条件的分析和推断。 具有代表性的是夹持煤体理论,这种理论认为，较坚硬的顶底 板可将煤体夹紧，煤体夹持阻碍了深部煤体自身或煤体—围 岩交界处的卸载变形。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 冲击矿压。 能量理论：矿体与围岩系统的力学平衡状态破坏后所释放的 能量大于消耗能量时，就会发生冲击矿压。它阐明了矿体与 围岩的能量转换关系，煤、岩体急剧破坏形式的原因等问题。
而采矿型冲击矿压可分为压力型、冲击型和冲 击压力型。
在某种程度上，构造型冲击矿压也可看作为冲 击型。
第一节 冲击矿压现象形成特点及分类
四、冲击矿压和矿山震动对环境的影响
冲击地压对井下巷道的影响主要是动力将煤岩抛向巷
道，破坏巷道周围煤岩的结构及支护系统，使其失去
功能 影响程度
I II III
振动速度, mm/s <200
50年代中期印度某金矿 巷道中岩爆造成的戏剧性效果
中度破坏区
严重破坏区
完全闭合区
美国金属矿采场中发生的岩爆：(埋深超过700m, 震级3.6-4.2, 发生于1988年10月18日)
煤矿动压现象名词解释
煤矿动压现象名词解释
嘿，你知道啥是煤矿动压现象不？这可真不是个简单的事儿啊！就
好像是地下的一场激烈战斗正在打响。
煤矿动压现象呀，就好比是煤
矿里的一个“小怪兽”，时不时就出来捣乱一下。
比如说，在煤矿深处，突然之间，顶板会噼里啪啦地往下掉石块，
这多吓人啊！这就是煤矿动压现象的一种表现。
“哎呀，这咋突然就掉
石头了呢！”矿工们会这样惊呼。
它还可能导致巷道变形，原本好好的巷道，一下子就变得歪七扭八的，就像被一只大手揉捏过一样。
“这巷道咋变成这样啦！”大家会一
脸惊愕。
而且啊，这个“小怪兽”还可能引发冲击地压呢！那动静可大了去了，地都能晃三晃。
“哇，这也太可怕了吧！”工人们会吓得不轻。
为啥会有煤矿动压现象呢？这就跟煤矿的开采有很大关系啦。
就好
像你在搭积木，你把下面的积木抽走了，上面的不就容易不稳定嘛。
煤矿开采也是一样的道理，采了煤，周围的岩层压力就会发生变化，
这个“小怪兽”就可能蹦出来捣乱了。
咱可不能小瞧了这个煤矿动压现象啊！它要是发作起来，那可是会
威胁到矿工们的生命安全的呀！“这可不是开玩笑的呀！”所以呢，咱
们得重视起来，想办法对付它。
要做好各种监测和防范措施，不能让
它随便乱来。
总之，煤矿动压现象可不是好惹的，我们一定要了解它、重视它，才能更好地保障煤矿的安全生产。
这就是我对煤矿动压现象的理解，你觉得我说得对不？。
煤矿动压现象及其控制研究
煤矿动压现象及其控制研究作者：杨刚来源：《科学与技术》2018年第26期摘要：随着经济的不断发展以及煤矿开采持续深入，在煤矿平均开采深度不断增加的情况下，矿山压力显现与煤矿动压现象的发生频率随着提高。
本文从煤岩的基本性质、开采技术因素以及组织管理因素三个方面入手，对煤矿动压现象的发生机理展开分析。
在此基础上，针对煤矿动压现象的控制措施提出具体建议，希望可以为相关控制工作的开展提供参考。
关键词：煤矿动压现象；发生机理；控制措施前言：煤矿开采过程中由于煤与岩体两者在高应力状态下容易积聚大量的弹性能，如果在特定的外力作用下会进一步出现突然破坏等问题，尤其是在冒落或者外抛过程中，煤与岩体两者之间积聚的能量会在短时间内突然释放，随着而来可能会产生巨大声响以及超强的大气浪波等，煤矿动压现象便由此产生。
由于煤矿动压现象具有明显的突发性、瞬时性、破坏性以及复杂性特征，加大了控制工作难度。
一、煤矿动压现象的发生机理煤矿开采过程中，煤矿动压现象的发生会随之释放出大量的能量，按照释放能量冲击波强度的差异，可以将冲击矿压细化为弹射冲击矿压，矿震冲击矿压，弱冲击矿压以及强冲击矿压四种类型。
如果综合分析煤矿动压现象的形成机理，则可以将其分成冲击矿压、顶板大面积来压以及煤与瓦斯突出三类煤矿动压现象。
对比来看，冲击矿压与顶板大面积煤矿动压现象的产生，被认为是矿上压力这一研究范围内，对于煤与瓦斯突出类型的煤矿动压现象，除了受到矿山压力作用之外，同时还在一定程度上受到承压瓦斯的动力作用影响。
为了进一步深入探究煤矿动压现象的发生机理，可以从以下几方面入手：第一，煤岩的基本性质。
从煤岩的基本性质这一角度出发来看，原岩应力作为冲击矿压形成的关键性因素之一，主要是由重力与构造应力两个部分共同构成。
其中重力主要与岩体的埋深密切相关，而构造应力的数值一般与断层构造以及孔隙水有着直接的联系[1]。
第二，开采技术因素层面。
煤矿开采过程中，受到开采时局部应力过度集中在某个部位或者出现大面积悬顶问题时，会在很大程度上导致应力集中冒顶，随之诱发煤矿动压现象。
矿山压力及其控制复习重点
支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。
老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳(变形失稳)，有时可能伴随滑落失稳，从而导致工作面顶板的急剧下沉。
此时，工作面支架呈现受力普遍加大现象，即称为老顶的初次来压。
周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周期来压。
关键层：将对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层。
沿空留巷：如果通过加强支护或采用其他有效方法，将相邻区段巷道保留下来，供本区段工作面回采时使用的巷道，称为沿空留巷。
沿空掘巷：巷道一侧为煤体，另一侧为采空区，如果采空区一侧采动影响已经稳定后，沿采空区边缘掘进的巷道称为沿空掘巷。
煤矿动压现象：煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显的动力效应。
这些现象统称为煤矿动压现象。
冲击矿压：冲击矿压是聚积在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等。
冲击能量指数：在单轴压缩状态下，煤样全“应力一应变”曲线峰值c前所积聚的变形能Es与峰值后所消耗的变形能Ex之比值。
弹性能量指数：在单轴压缩状态下，煤样破坏前所积聚的变形能与产生塑性变形所消耗的能量的比值。
动态破坏时间：在常规单轴压缩试验条件下，煤样从限载荷到完全破坏所经历的时间。
矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力称为矿山压力。
矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象，称为矿山压力显现。
矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法均叫做矿山压力控制。
第11章煤矿动压现象及其控制
第十一章煤矿动压现象及其控制
1.4、冲击矿压和矿山震动对环境的影响
第 一 节 冲 击 矿 压 形 成 特 点 及 分 类
在采矿巷道工作面中发生震动和冲击矿压，将会对井下巷 道、井下工作人员和地面建筑物造成影响。 1．对井下巷道的影响 冲击矿压对井下巷道的影响主要是动力将煤岩抛向巷道， 破坏巷道周围煤岩的结构及支护系统，使其失去功能。 2．对矿工的影响 在发生冲击矿压区域如有工人工作，则可能对其产生伤害， 甚至造成死亡事故。 3．对地表建筑物的影响 矿山震动和冲击矿压不仅对井下巷道造成破坏，伤害工作 人员，且对地表及地表建筑物造成损坏，甚至造成地震那样的 灾难性后果。如波兰就曾于1982年6月4日在Bytom市下发生的 3．7级的矿山震动，造成了588多幢建筑物的损坏。
组 织 技术和管理相互交叉的因素主要为作业和投资没有 管 到位。如采矿作业没到位，支架和技术装备没有到位， 理 没有选择有效的冲击矿压预报仪器和防治的装备 措 施
第十一章煤矿动压现象及其控制
2.2、冲击矿压发生的机理及判据
冲击矿压发生的物理过程，主要是说明煤、岩介质变形破 坏的力学过程，称为冲击矿压的机理。 只有在搞清机理的基础上，才能正确认识它的成因，建立 判别发生的准则，了解防治原理和制定出有效的防治措施。 目前对冲击矿压机理的认识可主要概括为：
第十一章煤矿动压现象及其控制
第二节 冲击矿压发生机理
冲击地压发生机理的研究始于南非对金属矿岩爆问题的研究。
第十一章煤矿动压现象及其控制
2.1．冲击矿压影响因素分析
冲击矿压发生的原因是多方面的，但从总的来说可以分为 三类，即自然地质因素、开采技术条件和组织管理措施。
第 二 节 冲 击 矿 压 发 生 机 理
第十一章煤矿动压现象及其控制
矿山压力及其控制第11章
10.1.2 根据冲击的显现强度分类
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。 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，只有片帮或塌落现象， 但煤或岩体产生明显震动，伴有巨大声响，有时产生煤尘。 较弱的矿震称为微震，也称为“煤炮’。 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。
10.4 冲击矿压预测
WET法： 该方法是波兰采矿研究总院提出的，用于测定煤层冲击倾 向。WET为弹性能与永久变形消耗能之比。波兰采矿研究总 院规定：WET≥５为强冲击倾向；2≤WET＜５为弱冲击倾向； WET＜２为无冲击倾向。该方法虽存在一些不足之处，但基 本适于我国情况，可作为煤层冲击倾向鉴定指标之一。 弹性变形法: 它是全苏矿山测量研究院提出的。在载荷不小于强度极限 80%的条件下，用反复加载和卸载循环得到的弹性变形量与 总变形量之比（K），做为衡量冲击倾向度的指标。当 K≥0.7时，有发生冲击地压的危险。
在我国，冲击矿压最早于1933年发生在抚顺胜利矿。以
后，随着采深的增加和开采范围的不断扩大，北京、抚顺、 枣庄、开滦、大同、北票、南桐等矿区的许多矿井，都先后 发生和记录了冲击矿压。随着开采深度的不断增加，冲击地 压的危害将日益突出。 世界上几乎所有采煤国家都不同程度地受到冲击矿压的 威胁。1783年英国在世界上首先报导了煤矿中所发生的冲击 矿压。
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。
煤矿动压现象及其控制PPT34页
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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第11章矿山压力及其控制
29.06.2021
第二节 工作面矿山压力的显现规律
Ⅱ类基本顶——初次和周期来压很明显，来压的大小相 当于8～12倍采高的顶板岩层重量。初次来压步距大于 25m～50m。
Ⅲ类基本顶——初次和周期来压强烈，来压的大小相当 于12～14倍采高的顶板岩层重量。初次来压步距大于 25m～50m。
Ⅳ类基本顶——平时顶板无压力，采空区悬露面积达几 千甚至上万m2不垮落，初次和周期来压时，顶板垮落常 形成狂风、巨响。初次来压步距大于50m，甚至可达 100m～150m。这种顶板多为极坚硬的厚砂岩或砾岩。
煤层压碎，虽增加了片帮的机会，对安全不利，但可减轻落 煤工作，浅截式采煤机就是采落压碎范围内的煤，因而破落 煤时阻力小。
当顶、底板均为厚而坚硬的岩层，煤质很坚硬；开采深度又 较大；形成很大的支承压力时，就可能产生冲击地压。冲击 地压是矿山压力显现中最猛烈的形式。冲击地压是煤和岩层 在矿压作用下，急剧地破碎和被抛出的现象。在我国煤矿里， 常常听到煤层内轰鸣声，有时可能发生煤被压出或顶板下沉 及断裂现象，这些都是轻微冲击地压的显现。大规模的冲击 地压发生时，可能抛出大量碎煤、冲倒支架、压垮煤柱、顶 板大量垮落，造成暴风袭击或巨大震动，有时还会波及地面， 甚至影响范围达几公里。
在采煤工作面上下两端的区段煤柱内，也由于采煤和掘进区 段平巷而形成支承压力，它的分布特征和工作面前方的支承 压力基本相同。当采煤工作面推进较长距离后，区段煤柱内 的支承压力，可随顶板垮落而逐渐消失。
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第十一章煤矿动压现象及其控制
能量准则
第 二 节 冲 击 矿 压 发 生 机 理
第十一章煤矿动压现象及其控制
冲击倾向理论 该理论是基于发生冲击地压的煤岩介质都有一定的力学特 性，具有产生冲击式破坏的能力——冲击倾向。
[煤岩介质产生冲击破坏的能力称为冲击倾向]
第 二 节 冲 击 矿 压 发 生 机 理
第十一章煤矿动压现象及其控制
第 二 节 冲 击 矿 压 发 生 机 理
开 采 技 术 条 件
从发生冲击矿压的技术因素来分析，首先是开采引 起局部应力集中。其主要原因是开采系统不完善，或坚 硬的顶板条件下较大的悬顶，造成较大的应力集中，或 由于开采历史造成的，如煤柱停采线造成的应力集中， 传递到邻近煤层。 从生产实践来看，生产的集中化程度越高越易发生 冲击矿压。开采设计或防治措施无法实现，是增加冲击 矿压危险的因素之一，这主要是在多煤层开采情况下。 还有多种自然灾害一起出现，如冲击矿压、火、瓦斯等。 但有时无法选择更有效的冲击矿压防治措施。
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，地质构造从简单到复杂，煤层从薄 层到特厚层，倾角从水平到急斜，顶板包括砂岩、灰岩、油母 页岩等都发生过冲击地压。在生产技术条件上，不论炮采、机 采或是综采，全部垮落法或水力充填法等各种采煤工艺，不论 是长壁、短壁、房柱式或煤柱支撑式，分层开采还是倒台阶开 采等各种采煤方法都出现过冲击地压。
冲击矿压作为煤岩动力灾害，自有记载的第一次发生于 1738年英国南史塔福煤田的冲击矿压至今二百多年来，其危害 几乎遍布世界各采矿国家。英国、德国、南非、波兰、苏联、 捷克、加拿大、日本、法国以及中国等二十多个国家和地区都 记录有冲击矿压现象。 我国煤矿冲击矿压灾害极为严重。我国最早在1933年抚顺 胜利矿发生冲击矿压以来，先后在北京、辽源、通化、阜新、 北票、枣庄、大同、开滦、天府、南桐、徐州、大屯、新汶等 矿务局都相继发生过冲击矿压现象。 对于冲击矿压现象，世界各国，以及不同的行业，其称谓 是不一样的，常见的有“岩爆”、“煤爆”、“冲击矿压”、 “矿山冲击”、“冲击地压”等。本书采用“冲击矿压”这个 术语。
自 然 地 质 因 素
自然地质因素中，最基本的因素是原岩应力，主要 由岩体的重力和构造残余应力组成。井巷周围岩体的应 力由采深决定，而构造残余应力则很难预计，断层附近 会出现相当大的水平应力。褶皱附近也是。实践表明， 在一定的采深条件下，比较强烈的冲击矿压一般会出现 在煤系地层中具有强度高的岩层，特别是在煤层顶板中 有坚硬厚层砂岩的情况。
第十一章煤矿动压现象及其控制
第 一 节 冲 击 矿 压 形 成 特 点 及 分 类
根据震级强度和考虑抛出的煤量，可将冲击矿压分为三级： ①轻微冲击(Ⅰ级) 抛出煤量在10t以下，面波震级在1级以下的冲击矿压。 ②中等冲击(Ⅱ级) 抛出煤量在10～50t，面波震级在1～2级的冲击矿压。 ③强烈冲击(Ⅲ级) 抛出煤量在50t以上，面波震级在2级以上的冲击矿压。
组 织 技术和管理相互交叉的因素主要为作业和投资没有 管 到位。如采矿作业没到位，支架和技术装备没有到位， 理 没有选择有效的冲击矿压预报仪器和防治的装备 措 施
第十一章煤矿动压现象及其控制
2.2、冲击矿压发生的机理及判据
冲击矿压发生的物理过程，主要是说明煤、岩介质变形破 坏的力学过程，称为冲击矿压的机理。 只有在搞清机理的基础上，才能正确认识它的成因，建立 判别发生的准则，了解防治原理和制定出有效的防治措施。 目前对冲击矿压机理的认识可主要概括为：
第十一章煤矿动压现象及其控制
1.2、冲击矿压的特点
第 一 节 冲 击 矿 压 形 成 特 点 及 分 类
通常情况下，冲击矿压会直接将煤岩抛向巷道，引起岩体 的强烈震动，产生强烈声响，造成岩体的破断和裂缝扩展。因 此，冲击矿压具有如下明显的显现特征： (1)突发性 冲击矿压一般没有明显的宏观前兆而突然发生，冲击过程 短暂，持续时间几秒到几十秒，难以事先准确确定发生的时间、 地点和强度。 (2)瞬时震动性
第十一章煤矿动压现象及其控制
本章内容 第一节 冲击矿压形成特点及分类 第二节 冲击矿压发生机理 第三节 冲击矿压的预测预报 第四节 冲击矿压的防治
第十一章煤矿动压现象及其控制
第一节 冲击矿压形成特点及分类
第十一章煤矿动压现象及其控制
1.1、冲击矿压现象
第 一 节 冲 击 矿 压 形 成 特 点 及 分 类
第十一章 煤矿动压现象及其控制
煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤 或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量 突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显的动力效应。这些 现象统称为煤矿动压现象。 根据动压现象的一般成因和机理，可归纳为三种形式
冲击矿压
顶板大面积来压 煤及瓦斯突出
强度理论 能量理论 冲击倾向理论 强度准则 能量准则 冲击准则
第 二 节 冲 击 矿 压 发 生 机 理
第十一章煤矿动压现象及其控制
强度理论
第 二 节 冲 击 矿 压 发 生 机 理
煤岩体破坏的原因和规律，实际上是强度问题，即材料受 载后，超过其强度极限时，必然要发生破坏。但这仅是对材料 破坏的一般规律的认识，它不能深入解释冲击矿压的真实机理。 从20世纪50年代起，这种理论开始着眼于矿体—围岩力学 系统的极限平衡条件的分析和推断。具有代表性的是夹持煤体 理论。这种理论认为，较坚硬的顶底板可将煤体夹紧，煤体夹 持阻碍了深部煤体自身或煤体—围岩交界处的卸载变形。这种 阻抗作用意味着，由于平行于层面的侧向力，(摩擦阻力和侧向 阻力)阻碍了煤体沿层面的卸载移动，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。据此，在煤体夹持带所产生的 力学效应是：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 成冲击矿压。
第十一章煤矿动压现象及其控制
强度准则
第 二 节 冲 击 矿 压 发 生 机 理
第十一章煤矿动压现象及其控制
能量理论
第 二 节 冲 击 矿 压 发 生 机 理
20世纪50年代末期苏联学者c．T．阿维尔申，以及60年 代中期英国学者库克等人先后提出。 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。提出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。 由于在刚性压力机上获得了岩石的全应力应变曲线，揭示 出非刚性压力机与试件系统的不稳定性导致了试件在峰值强度 附近发生突然破坏的现象。1972年布莱克把它推广为发生冲击 矿压的条件，认为矿山结构(矿体)的刚度大于矿山负荷系(围岩) 的刚度是发生冲击矿压的条件，这也称为刚度理论。实际上它 也是考虑系统内所储存的能量和消耗于破坏和运动等能量的一 种能量理论，但这种理论并未能得到充分证实，即在围岩刚度 大于煤体刚度的条件下也发生了冲击矿压。
冲击准则
第 二 节 冲 击 矿 压 发 生 机 理
第十一章煤矿动压现象及其控制
组合理论 该理论是把强度理论、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：
第 二 节 冲 击 矿 压 发 生 机 理
三个条件同时满足，才是产生冲击地压的充分必要条件。
第十一章煤矿动压现象及其控制
1.4、冲击矿压和矿山震动对环境的影响
第 一 节 冲 击 矿 压 形 成 特 点 及 分 类
在采矿巷道工作面中发生震动和冲击矿压，将会对井下巷 道、井下工作人员和地面建筑物造成影响。 1．对井下巷道的影响 冲击矿压对井下巷道的影响主要是动力将煤岩抛向巷道， 破坏巷道周围煤岩的结构及支护系统，使其失去功能。 2．对矿工的影响 在发生冲击矿压区域如有工人工作，则可能对其产生伤害， 甚至造成死亡事故。 3．对地表建筑物的影响 矿山震动和冲击矿压不仅对井下巷道造成破坏，伤害工作 人员，且对地表及地表建筑物造成损坏，甚至造成地震那样的 灾难性后果。如波兰就曾于1982年6月4日在Bytom市下发生的 3．7级的矿山震动，造成了588多幢建筑物的损坏。
冲击矿压发生过程急剧而短暂，像爆炸一样伴有巨大的声 响和强烈的震动，电机车等重型设备被移动，人员被弹起摔倒， 震动波及范围可达几千米甚至几十千米，地面有地震感觉，但 一般震动持续时间不超过几十秒。
第十一章煤矿动压现象及其控制
第 一 节 冲 击 矿 压 形 成 特 点 及 分 类
(3)巨大破坏性 冲击矿压发生时，顶板可能有瞬间明显下沉，但一般并不 冒落；有时底板突然开裂鼓起甚至接顶；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；从后果来看冲击矿压常常造成惨重的人员伤亡和巨大的生 产损失。 (4)复杂性
第十一章煤矿动压现象及其控制
1.3、冲击矿压分类
第 一 节 冲 击 矿 压 形 成 特 点 及 分 类
冲击矿压按其显现强度、释放的能量等进行分类。根据冲 击的显现强度，可分为四类： (1)弹射。一些单个碎块从处于高压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、岩内部的冲击矿压，即深部的煤或岩体发生 破坏。煤、岩并不向已采空间抛出，只有片帮或塌落现象，但 煤或岩体产生明显震动，伴有巨大声响，有时产生煤尘。较弱 的矿震称为微震，也称为“煤炮”。 (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、机器和设备基本无损坏，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，产生大量煤尘和冲击波。
第十一章煤矿动压现象及其控制