矿山压力与岩层控制(第10章冲击矿压)

苏联阿维尔申教授认为，煤层内的弹性能可由 体变弹性能Uv、形变弹性能Ut和顶板弯曲弹 性能Uw三部分组成，即 U U v Ut U w
q 2 L5 U w 8EJ
由以上两式可以看出，Uw与岩层悬伸长度的五 次方成正比，即L值越大，积聚的能量也越多。 一般，厚度越大的坚硬岩层越不易冒落，形成 的L值也就越大。
图 11-8 冲击矿压与距断层距离的关系
褶皱是岩层在水平应力挤压下形成的，这种 褶皱大部分在沉积岩层中形成。对于巷道及 采面来说，在皱曲的各个部位，出现的危险 性是不一样的，
图11-9 皱曲部分的受力状态及危险性
（三）开采技术对冲击矿压的影响
冲击矿压大多数发生在巷道(72.6%)，采场则 较少(27.4%)。残采区和停采线对冲击矿压发 生影响较大。从统计结果看，89%的冲击矿 压发生在残采区，停采线，断层区域或煤层 超采的地方。发生冲击矿压的区域见表11-3和 图11-10所示。
弱冲击倾向性 Rc≤16MPa 强冲击倾向性 Rc＞16Mpa
（3）顶板岩层的结构特点
顶板岩层结构，特别是煤层上方坚硬，厚 层砂岩顶板是影响冲击矿压发生的主要因素 之一，其主要原因是坚硬厚层砂岩顶板容易 聚积大量的弹性能。在坚硬顶板破断过程中 或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，形 成强烈震动，导致顶板煤层型（冲击压力型） 冲击矿压或顶板型（冲击型）冲击矿压。
图11-3 冲击能量指 数KE计算图
在单轴压缩状态下，煤样的全“应力—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
图11-4 弹性能指数WET计算图
WET
sp st
图11-5 动态破坏 时间Dt曲线
煤样在常规单轴压缩试验条件下，从极限 载荷到完全破坏所经历的时间
表11-2 煤的冲击倾向鉴定指标值
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
（2）煤岩的力学特征
1. 在一定的围岩与压力条件下，任何煤层中 的巷道或采场可能发生冲击矿压。
2. 煤的强度越高，引发冲击矿压所要求的应 力越小。
3 .煤的冲击倾向性是评价煤层冲击性的特征参 数之一。 对煤的冲击倾向性评价，主要采用煤的冲 击能量指数KE、弹性能量指数WET和动态 破坏时间DT。
（1）开采深度 统计分析表明，开采深度越大，冲击矿压
发生的可能性也越大。开采深度与冲击矿压 发生次数的关系如图11-1、11-2所示
图11-1 波兰采深与 冲击矿压的关系
W-冲击指数(开采百万吨煤 炭冲击矿压次数)
图11-2 天池煤矿采 深与冲击矿压的关系
N为冲击矿压次数
表11-1 中国煤矿条件下发生冲击矿压的最小采深
（2）中等冲击(II级)。抛出煤量在10~50t， 震级在l~2级的冲击矿压。
（3）强烈冲击(III级)。抛出煤量在50t以上， 震级在2级以上的冲击矿压 。
根据国内外的分类方法，冲击矿压可分为 由采矿活动引起的采矿型冲击矿压和由构造 活动引起的构造型冲击矿压。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。 （四）冲击矿压和矿山震动对环境的影响
第一节 冲击矿压现象形成特点及分类
（一） 冲击矿压现象
冲击矿压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 ， 还会引发或可能引发其它矿井灾害，尤其是瓦 斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统， 严重时造成地面震动和建筑物破坏等，是煤矿 重大灾害之一。
（二）冲击矿压的特点
指标 动态破坏时间 DT/ms 冲击能量指数 KE/kJ
弹性能量指数 WET
强冲击 ≤50 ≥5.0 ≥5.0
强冲击
弱冲击 50~500 5.0~1.5 5.0~2.0 弱冲击
无冲击 ＞500 ＜1.5 ＜2.0
对煤的试样研究表明,煤试块的冲击性在其单向
抗压强度为Rc=16~20MPa时变化较大，当煤的 单向抗压强被小于Rc＜16MPa时,煤试块要发生 冲击,就需要较大的压应力。
(1）对井下巷道的影响 （2）对矿工的影响 （3）对地表建筑物的影响
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（应力） 开采技术（采动应力集中） 组织管理措施（防治措施） 。
（二）地质条件对冲击矿压的影响
（1）突发性 （2）瞬时震动性 （3) 巨大破坏性 (4) 复杂性
(三） 冲击矿压分类 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 （2）矿震
（3）弱冲击 （4）强冲击
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， 震级在1级以下的冲击矿压。
图11-7 顶板弯曲弹性能的计算图 a—初次垮落时；b—周期垮落时
煤层厚度对发生冲击矿压也有影响，煤层越厚， 发生冲击矿压越多，越强烈。 煤的湿度也有影响作用。因为煤层含水后，可 使煤层的弹性减小，强度降低，塑性增加，能 减缓发生冲击矿压的危险。
（4） 地质动力因素
实践证明，冲击矿wk.baidu.com经常发生在向斜轴部， 特别是构造变化区，断层附近，煤层倾角变 化带，煤层皱曲，构造应力带。 图11-8为冲击矿压次数与巷道距断层距离间的 关系。
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
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，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 。根据动压现象 的一般成因和机理，可把它归纳为三种形式， 即冲击矿压、顶板大面积来压和煤与瓦斯突出。 前两者完全属于矿山压力的研究范畴。