邢东矿煤层冲击倾向性实验研究

有了陷落柱及其周边的地应力分布的认识, 在 掘、采至陷落柱附近时, 可根据地应力的分布, 提前 做好相应的支护措施, 防范顶板事故发生; 可根据 应力分布规律建立陷落柱的预警系统, 如皖北任楼 煤矿就根据陷落柱的水化学场、地应力场、地温场 建立了陷落柱突水的预警系统 [ 7] ; 更为重要的是, 可根据陷落柱的应力分布的规律, 分析在采动影响 下, 陷落柱突水的可能性, 预测、防范重大突水事故 的发生。
其实验结果如表 1。
表 1 冲击倾 向性试验结果表
指标 ( 平均值 )
W ET
W CF
DT
煤样
2. 28
3. 26
274
铝土质粉砂岩
1. 93
1. 08
2. 93 2. 40
2. 40 3. 13
244 294
中砂岩
2. 14
1. 58
390
粉砂岩 2
1. 45
0. 79
运用公式:
ni
W t1 =
W i= 1 i
n1
= 0. 42
W i= 1 im ax
即冲击地压危险状态综合指数为 0. 42, 属于
弱冲击危险矿井, 所有的采矿工作可按作业规程进
行, 作业中要加强冲击地压危险状态的观察。
4 主要结论
( 1)大量煤 样试验 表明, 取 样煤 层具 有中等 ( 偏弱 ) 冲击倾向性;
根据上述, 采用综合指数法, 可圈定的冲击地 压危险程度如表 2:
表 2 地质条件确定的冲击地压危险状态评定指数
序号 因素
1 W1 2 W2 3 W3 4 W4 5 W5 6 W6 7 W7
冲击地压危险状态影响因素
煤层未发生过冲击地压 采深在 700 m 以上
顶板中硬厚岩层距煤层 < 50 m 开采区域内构造应力集中 顶板岩层厚度特征参数 煤的抗压强度 煤的冲击能量指数
参考文献:
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3 邢东矿井冲击地压危险程度评定
根据冲击矿压危险指数, 可对矿井的冲击危险 程度进行评定, 从而对矿井的冲击地压危害进行预 防 [ 2] 。
冲击矿压危险指数的确定主要根据影响冲击
地压 的主要采矿地质 因素确定, 主要有: 开采深 度、顶板坚硬岩层、构造应力集中、煤层冲击倾向性
等。邢东矿井的主采煤层的顶板 100 m 以内大都 是砂岩 (约 85 m ) , 而煤的抗压强度为 11. 071 MP a, 冲击能量指标为 3. 26。
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( 上接第 117页 )
参考文献:
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根据冲击能测试结果可看出, 其 1. 5& WCF < 5. 0, 因此主采煤层具有弱冲击性, 其上覆岩层的铝 土质粉砂岩不具有冲击性, 再上覆的 粉细砂岩互 层、粉砂岩 1具有弱冲击性, 上覆的中砂岩、粉砂岩 2 不 具备 冲击倾 向性 。
根据动态破坏时间测试结果可看出, 其 50 & D T & 500, 因此主采煤层具有弱冲击性, 其上覆 岩层的铝土质粉砂岩不具有冲击性, 再上覆的粉细 砂岩互层、粉砂岩 1具有弱冲击性, 上覆的中砂岩、 粉砂岩 2不具备冲击倾向性。
邢东矿井采深已达 1000 m。井田内断裂构造 较发育, 以正断层为主。由于矿井采深大, 断裂构 造发育为发生冲击地压创造了条件, 矿井近年来的 生产实践表明, 存在着 岩崩 、 板炮 等冲击地压 现象, 但其强度和频次尚未对生产有较大影响。随 着采深不断增加, 矿井开采范围的扩大, 必将形成 更大的集中应力。因此根据邢东矿井的具体条件, 对主采煤层的冲击倾向性以及顶底板岩层进行测 定, 确定出煤和岩石冲击倾向性指标, 并根据此指 标来判断该矿煤和岩石的冲击性强弱。
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收稿日期: 2005- 01- 17 作者简介: 陈商强 ( 1980- ) , 河南理工大学硕士研究生, 主要从事巷道矿压及其控制的研究。
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图 2 弹性能典型实验图 图 3 冲击能典型实验图
根据以上分析可看出, 邢东矿井的主采煤层具 有弱冲击性, 其上 覆的粉细砂岩互 层具有弱冲击 性。
R = a, 而 a 是小于正常地应力的。 ( 3) 柱 体 周边 的 切 应 力明 显 增 高, 这 与 式
( 4B )和式 ( 7)相符。在式 ( 4B )中, 当 r 趋近 R 时, r = 2 0 - R, 在式 ( 7) 中, 当 a 趋近 R 时, R = a, 所以 r = 2 0 - a 大于正常地应力。 ( 4) 陷落柱柱体与周边的垂直应力有明显分
条件。本 文针对邢东煤矿的具体条件, 对其主采煤层及 其顶板岩石 的冲击倾向 性进行实 验室测定, 并利用 综
合指标法对矿井冲击地压危险性等级进行了划分。
关键词: 采矿工程; 冲击地压; 冲击倾向性
中图分类号: TD 324
文献标识码: A
1 引言
我国煤矿进入 80 年代以来, 矿井开采深度日 益加大, 采深的加大为煤层的安全开采带来许多 技术难题, 其中有冲击地压问题。国内外对冲击地 压进行了大量研究, 曾提出了多种理论 [ 1] : 刚度理 论、强度理论、能量理 论、冲击倾向性 理论、 三准 则 理论等。这些理论对不同条件 下解释冲击地 压的发生机理以及预防提供了理论基础。
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2 冲击倾向性的测定
根据研究需要, 在主采煤层及顶底板岩层中钻 取煤 (岩 ) 样, 取样地点选在邢东 矿井暗斜井。取 样过程中, 为了使煤和岩石原有的结构和状态尽可 能不受破坏, 以最大限度地保护煤、岩原有的物理 力学性质, 采用打钻取样。采用 89 mm 钻头在 A 处钻两孔、B 处一孔, 取芯 75 mm, 钻孔与岩层夹 角分别为 A 处 44!和 48!、B 处 61!, 分别取煤样 5 组和岩样 70块。钻孔示意图如图 1所示。然后再 按照岩石力学实验规程的要求, 将岩样试件制作成
界, 陷落柱周边的受陷落柱影响较小, 而与正常地 层应力相同, 这就验证了上 节对公式 ( 13) 推导的 前提假设。
4 结论与应用
通过以上理论计算与数值模拟, 表明陷落柱柱 体及其周边确实存在地 应力异常, 这些异常表现 为, 在柱体内, 不论是水平应力还是垂直应力, 都比 正常地层的应力低; 在柱周边, 水平径向应力小于 正常地层的应力, 水平切向应力大 于正常地层应 力, 垂向应力受陷落柱影响较小, 与正常地层应力 相近。
文章编号: 1003 - 5923( 2005) 04 - 0116- 02
邢东矿煤层冲击倾向性实验研究
陈商强 1, 赵计生2, 马利 2
( 1. 河南理工大学, 河南 焦作 454000; 2. 邢东煤矿, 河北 邢台 054000 )
摘 要: 冲击地压是一种特殊的矿山动力现象, 而冲击倾向 性是煤岩 体发生冲击 地压的内在 因素和必 要
W i W im ax
-2 3
2
2
3
3
1
3
2
2
0
2
2
4
图 4 动态破坏时间典型实验图
根据主采煤层和顶板岩石的弹性能测试结果 可看出, 其 2. 0& WET < 5. 0, 因此主采煤层具有弱 冲击性, 而其上覆岩层的铝土质粉砂岩不具有冲击 性, 再上覆的粉细砂岩互层、粉砂岩、中砂岩具有弱 冲击性, 且冲击倾向逐渐降低, 再向上覆的粉砂岩 不具备冲击倾向性。
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图 1 陷落柱及其周边 X 方向应力云图
图 2 陷落柱及其周边 Y 方向应力云图
图 3 陷落柱及其周边 Z 方向应力云图
的, 与式 ( 13) 、( 14) 相符。因式中 h 为计算点至陷 落柱顶的距离, 总小于计算点至地表的距离。
( 2) 陷落柱周边的 径向应力小于正常地层的 应力, 这与式 ( 4A )和式 ( 7) 相符。在式 ( 4A) 中, 当 r 趋近 R 时, r = R, 在式 ( 7)中, 当 a 趋近 R 时,
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( 2)从试验结果分析, 煤层顶板岩层中的粉细 砂岩互层和粉砂岩层 1具有中等 ( 偏弱 ) 冲击倾向 性, 铝土质粉砂岩、中砂岩及其上覆的粉砂岩 2不 具有冲击倾向性。