冲击地压及其监测

h
第九章 P12
9.3.3 冲击地压发生理论
图9.1
强度理论示意图
h
第九章 P13
9.3.3 冲击地压发生理论
（4）冲击倾向性理论
提出 由波兰和前苏联学者 煤岩体冲击倾向性 发生冲击地压的必要条件 我国学者提出 ① 用煤样的动态破坏时间（D t）、弹性能指数（WET）及冲 击能量指数（KE）三项指标综合判别煤的冲击倾向的实验 方法。 ② 两个冲击倾向性指标 弹性能指数WET、冲击能量指数KE
（1）地质因素
开采深度
地质构造
（2）开采技术因素
开采多煤层时
煤岩结构及性能
任何造成应力集中的因素 （诱导因素 ），
如开采程序不合理、留设煤柱、相邻两层开采错
距不合适等
h
第九章 P10
§9.3 冲击地压发生的机理 ➢ 9.3.3 冲击地压发生理论
（1）刚度理论
提出
在20世纪60年代由Cook等人
理论认为 试件的刚度大于试验机构的刚度时
① 基于相似条件下对冲击前兆进行归类
② 一般应考虑下列因素
a 本矿和邻矿的冲击地压现状和发展趋势
b 本煤层或邻层、邻区已发生过的冲击地压
c 顶板为单轴抗压强度大于70MPa的坚硬岩层
d 岛形或半岛形煤柱
e 支承压力影响区
破坏是不稳定的，煤岩体呈现突然的脆性破坏
（2）能量理论
① 从能量转化方面 解释冲压成因
② 理论认为 冲击地压发生的条件为矿体-围岩系统在其 力学平衡状态失稳所释放的能量大于所消耗的能量
h
第九章 P11
9.3.3 冲击地压发生理论
（3）强度理论
①冲击地压发生的应力条件：
*
即矿山压力大于煤体-围岩力学系统的综合强度
h
第九章 P6
§9.2 冲击地压的特征及其分类
➢ 9.2.2 冲击地压的分类
（3）根据冲击力源分类
重力型 由受重力作用引发，没有或有少量构造力的影响
构造型
主要由受构造力引起
中间型 重力和构造力共同作用引发
（4）按统计方法分类
①按冲击地压的破坏后果分类
a 一般冲击地压 b 破坏性冲击地压 c 冲击地压事故
多类型 、 条件复杂 、 随采深增加发展趋势严重等 ③ 诱发因素 如放炮、顶板来压期间、回柱（移架）等 ④ 冲击地压发生的地点及其主要特征 a 与地质构造有密切关系，往往发生在褶皱、断层及煤层
变异性突出的部位，主要受构造应力的控制
h
第九章 P3
§9.2 冲击地压的特征及其分类
➢ 9.2.1 冲击地压的特征
h
第九章 P14
9.3.3 冲击地压发生理论
（5）三准则理论 我国学者李玉生等提出判定冲击地压发生的必要条件 强度准则、能量准则和冲击倾向性准则 应同时满足
（6）失稳理论 ① 根据岩石全应力—应变曲线 ② 介质的强度和稳定性是发生冲击的重要条件之一 ③ 提出了冲击地压是材料失稳的思想
h
第九章 P15
h
第九章 P7
§9.2 冲击地压的特征及其分类 ➢ 9.2.2 冲击地压的分类
（4）按统计方法分类 ②按显现强度分级 按里氏地震计分级，见表9.2
表9.2 按显现强度分级
等级
1
2
3
4
5
6
里氏地震级 0.5-1.0 1.1-1.5 1.6-2.0 2.1-2.5 2.6-3.0 ≥3.0
h
第九Hale Waihona Puke Baidu P8
开采深度影响
随采深冲击地压发生频次和烈度增大
➢ 冲击地压发生原因复杂，影响因素多
预防冲击地压对巷道围岩稳定性的破坏已成为矿产资源开采 过程中一个急需解决的最关键、最棘手的问题。
h
第九章 P2
§9.2 冲击地压的特征及其分类 ➢ 9.2.1 冲击地压的特征
① 共有特征 突发性、 瞬时震动性、 破坏性 ② 我国煤矿冲击地压突出特点
➢ 9.2.2 冲击地压的分类
（1）根据冲击地压的能量特征按冲击时释放的地震能大小
表9.1 按冲击时释放的地震能大小分类
冲击地压级别
地震能J 震中的地震中裂度（级）
微冲击（射落、微震） ＜10
弱冲击
10~102
中等冲击
102~104
强烈冲击
104~107
灾害性冲击
＞107
h
＜1 1~2 2~3.5 3.5~5 ＞5
第九章 P5
§9.2 冲击地压的特征及其分类
➢ 9.2.2 冲击地压的分类
（2）按参与冲击的煤岩体类别
a 产生于煤体一围岩力学系统
煤层冲击 b
煤矿冲击地压的主要显现形式
a 高强度脆性岩石瞬间释放弹性能 岩层冲击
b 岩块从母体急剧、猛烈地抛出
● 对于煤体是顶底板岩层内弹性能的突然释放，又称围岩 冲击。按冲击位置又分顶板冲击和底板冲击。
9.3.3 冲击地压发生理论
（7）其它
① 20世纪70年代末
林天键、唐春安
将突变论 引入岩石力学
潘岳等学者
建立岩体结构失稳的突变模型
② 齐庆新等学者
提出 “三因素”理论
③ 谢和平院士
提出了冲击地压的分形特征
将分形几何引入冲击地压的研究
h
第九章 P16
§9.4 冲击地压的监测方法
➢ 9.4.1 对比法
④ 冲击地压发生的地点及其主要特征
b具有坚硬的岩层的煤层顶板，该岩层聚集高强度的变形 能
c发生在超前巷道的冲击地压，以巷道两帮煤体抛出为主要 特征
d发生在工作面的冲击地压，一般表现为大面积冲击现象
e在留有底煤的采场发生时，以底臌和煤岩压入采场空间为
主要显现特征
h
第九章 P4
§9.2 冲击地压的特征及其分类
②理论认为 较坚硬的顶底板可将煤体夹紧，阻碍深部煤体 自身或煤体-围岩交界处的变形（图9.1），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。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，形成冲击地压。
§9.3 冲击地压发生的机理 ➢ 9.3.1 冲击地压发生的原因及实现的条件
冲
根本原因
击
地
压
发
生
发生条件
强度比较高的煤（岩）层 受构造运动和开采 形成的高度应力集中
没有采取释放应力和能量措施
高应力集中部位的采动影响
h
第九章 P9
§9.3 冲击地压发生的机理 ➢ 9.3.2 冲击地压发生的影响因素
第九章 冲击地压及其监测
§9.1 概述 §9.2 冲击地压的特征及其分类 §9.3 冲击地压发生的机理 §9.4 冲击地压的监测方法 §9.5 冲击地压的预防
h
第九章 P1
§9.1 概 述
➢ 冲击地压（岩爆）
产生 瞬间释放煤岩体变形能，引起强烈围岩震动
危害 支架损坏、片帮冒顶、巷道堵塞、伤及人员等