冲击倾向性与冲击危险性理论及冲击地压防治实践研究56页PPT

提纲
几个概念：
冲击倾向性 冲击危险性 冲击地压、岩爆、矿震 冲击地压预测 冲击地压防治
1 冲击地压灾害严重性及研究的必要性
我国冲击地压灾害日趋严重
截止2004年年底，新发生冲击地压的矿井近70 个，分布范围扩大到新汶、徐州、兖州、华亭等 局矿
开采深度已达到750～1250 m 仅1997年至2004年底，在大同、抚顺、北京、
弯曲能量 指数UWQ
UWQ≤10
10＜UWQ≤100 UWQ≥100
2.2 组合煤岩的冲击倾向性 冲击地压的发生不仅仅与煤、岩层的冲 击倾向性有关 ，而且与煤岩层的结构特 点和煤岩层的组合形式具有密切的关系
为使煤岩冲击倾向性测定更能充分反映 煤岩层实际特点 ，开展了煤岩组合模型 的冲击倾向性实验测定研究。
组合模型破坏前后的状况
P (k N ) P (k N )
组合
80
纯煤
70
60
50
40
பைடு நூலகம்
30
20
47
10 37
0
-10
0
15000
30000
45000
60000 t(ms)
图 2 D矿 7号 煤 层 组 合 与 纯 煤 试 件 动 态 破 坏 时 间 曲 线 对 比 图
P (k N )
30
组合
某矿煤的动态破坏时间曲线
冲击地压现象描述
巷道冲击地压描述
冲击地压：煤岩体在高应力作用下产生的 动力破坏现象。
岩 爆：高地应力条件下硬脆性围岩因 弹性应变能突然释放而产生的 爆裂、剥落、弹射甚至抛掷。
矿 震：采矿活动而引起的诱发地震。
既有联系，又有显著差异 震级、烈度、震源 分级分类：应以破坏为主
失稳、 破坏、 局部性
围岩
纯煤
25
20
15
10
5 6.52
0 1.5
80
组合
纯煤
70
60
12.73
50
40
30
20
10 1.5
0
-10 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 ? L(m m )
? 3 D? 7? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
某矿煤的冲击能量曲线
vectors
完整岩层(30°)
（b）Stress vectors
（a） Displacement
vectors
组合煤岩的摩擦滑动失稳实验 岩石材料的摩擦滑动性状：两种滑动特性， 即稳定滑动和粘滑
实际发生冲击地压的煤岩体 ：“三硬” 结构 ，且在顶板与煤层之间存在着一层 较薄的粉状软煤
实际冲击地压多发生在断层、背向斜构造 及煤层变薄带附近
各类煤岩组合模型的组合方式表
组合形式
高度比例
组合形式
高度比例
煤：直接顶：基本顶 1：1：1 底板：煤：基本顶 1：1：1
煤：直接顶
1：1
煤：直接顶
1：2
煤：底板 煤：基本顶 底板：煤：基本顶
1：1 1：2 1：1：1
煤：基本顶 煤：基本顶
1：1 1：3
（a）组合模型；（b）、（c）组合模型承压破坏的状况
华亭、阜新等局矿因冲击地压的发生而导致的重 大伤亡事故就多达10余起，死伤人数达百余人。
1000
冲击地压矿井平均开采深度
冲击地压矿井数量
140
采深/M
120 800
100
600
80
数量
400
60
40 200
20
0 1985
0
1990
1995
2000
2005
2010 年份
冲击地压矿井数量与采深随时间变化
冲击倾向性与冲击危险性理论及冲击 地压防治实践研究
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
冲击倾向性与冲击危险性理论 及冲击地压防治实践研究
冲击地压发生机理至今尚不完全清楚
冲击地压发生机理至今尚不完全清楚 冲击地压预测防治的有效性不高 冲击倾向性和冲击危险性能够够从本质上
认识冲击地压问题
“三因素”理论
内在因素（冲击倾向性） 力源因素（采动应力集中） 结构因素（弱面软层结构）
冲击发生前巷道位置 顶板岩层 煤 层
底板岩层
巷道(隧道)
岩爆破坏位置
岩爆现象描述
岩爆现象描述
煤巷
（b）Stress vectors
（a） Displacement vectors
硬岩巷
（b）Stress vectors
（a） Displacement vectors
完整岩层(水平)
（b）Stress vectors
（a） Displacement
分类指标
无冲击 弱冲击 强冲击 倾向 倾向 倾向
煤的动态破坏 时间DT/ms
DT＞ 500
50＜ DT≤500
DT≤50
弹性能量指数 WET
冲击能量指数 KE
WET＜2
KE＜ 1.5
2≤WET ＜5
1.5≤KE ＜5
WET≥5 KE≥5
顶板冲击倾向性分类表
1类 分类指标
无冲击倾向
2类 弱冲击倾向
3类 强冲击倾向
有属性称之为冲击倾向性。 煤的动态破坏时间DT 弹性能量指数WET 冲击能量指数KE 顶板弯曲能量指数UWQ
σ σ
0 加载过程 煤样动态破坏时间 煤样动态破坏时间测定示意图
σ
卸 载 曲 线 加 载 曲 线
0
弹性变形能指数测定示意图
ε
σ
0
1
2
冲击能量指数测定示意图
ε
煤层冲击倾向性分类表
齐庆新
博士后/研究员/首席专家/研究室主任 煤炭科学研究总院北京开采研究所 天地科技股份有限公司开采所事业部
20**年8月
1 冲击地压灾害严重性及研究的必要性 2 冲击倾向性
2.1 冲击倾向性理论 2.2 组合煤岩的冲击倾向性 3 冲击危险性 3.1 冲击危险性的定义 3.2 冲击危险性等级与冲击危险性评价方法 3.3 地质动力区划法在在评价冲击危险性中的应用 3.4 数量化理论方法在评价冲击危险性中的应用 4 冲击地压实例 4.1 华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压 4.2 深部开采非坚硬顶板条件冲击地压 4.3 急倾斜特厚煤层开采冲击地压 5 结论
冲击后主要表现为煤体的冲出
三种试样
砂岩－砂岩 砂岩－煤 煤－煤试样
三种试样示意图
砂岩—砂岩试样摩擦滑动曲线 煤—煤试样摩擦滑动曲线
砂岩—煤试样摩擦滑动曲线
分析结果： 砂岩—煤试样： 粘滑现象 砂岩—砂岩 煤—煤试样： 稳定滑动状态
2 冲击倾向性
2.1 冲击倾向性理论 反映煤岩材料产生冲击破坏能力的固
8.06
某矿煤的弹性能量曲线对比