冲击地压理论与技术

1、冲击地压
矿山井巷和采场周围煤岩体由于变形能 释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破 坏为特征的动力现象。
矿山压力现象，特殊的矿山压力现象。
冲击发生前巷道位置 顶板岩层 煤 层
底板岩层
冲击地压现象描述
巷道冲击地压描述
▼
发生在老虎台煤矿的冲击地压
2、冲击地压的特点
• 突发性 没有明显的宏观前兆而突然发生，
震级/ML
震动持续时间 /s
新
1 微弱 煤体重力型
0~6
<1.6
≤2.5
方
2 弱 煤体重力型 0~20 1.7~2.0 2.0~4.0
法
3 中等 煤体重力型 10~40 2.0~2.4 4.0~6.0
4 较强
顶板弹性型 煤体构造型
30~60
2.4~2.8
5.0~10.0
5 强烈 顶板断裂型 50~80 2.6~3.2 10.0~30.0
– 根据显现强度
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
3、冲击地压的分类
• 存在困难
– 指标的单调性 – 资料的局限性
• 确定原则
– 尊重《规定》 – 适度增加指标
3、冲击地压的分类
1
2
3
4
项目
冲击地压 性质
破坏半径 /m
6.1 冲击倾向性理论
顶板冲击倾向性分类
分类指标
1类
2类
3类
无冲击倾向 弱冲击倾向 强冲击倾向
弯曲能量指数 UWQ
UWQ≤10
10＜UWQ≤100 UWQ≥100
6.1 冲击倾向性理论
• 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.
《岩层冲击倾向性分类及指数的测定方法》（MT/T8662000）
6、冲击地压发生机理
• 冲击地压发生机理的涵义
冲击地压发生的原因、条件、机制和 物理过程； 形成冲击地压的内在规律； 一定地质开采条件下煤岩体发生突然 破坏的力学过程。
冲击地压发生机理
是冲击危险性预测和冲击地压防治的理论基础！
6、冲击地压发生机理
K>K0– 基于I<I煤1, 岩IR2><R体I<0I1破, I<坏I2 是强E>度E0问题，形成了强强度度理理论论。 – 寻找R>煤R0,岩E>突E0然, I∈破I0坏的原因和规律时提出了能能量量理理论论、 刚刚度度理理∏论为论最和大!冲冲击击倾倾向向性性理理论论
冲击倾向性理论 – 国内学者又先后提出了“三“准三则准”则理”论理论、失失稳理稳论理论、 ““三三因因素素””理论机理、强强度弱度化弱减化冲减机冲理 机理等。
提纲
• 第一讲 基本概念 • 第二讲 我国冲击地压现状与研究进展 • 第三讲 冲击地压技术规范 • 第四讲 冲击地压预测与防治
• 第一讲 基本概念
第一讲 基本概念
• 冲击地压 • 冲击地压的特点 • 冲击地压的分类 • 冲击地压的影响因素 • 冲击倾向性 • 冲击地压发生机理：“三因素”机理 • 煤岩动力现象(冲击地压、岩爆、矿震等) • 冲击危险性 • 冲击地压预测 • 冲击地压防治
– 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.
6.1 冲击倾向性理论
各类煤岩组合模型的组合方式
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
σ
1
2
0
ε
冲击能量指数测定示意图
6.1 冲击倾向性理论
煤层冲击倾向性分类
分类指标
无冲击倾 向
弱冲击倾向
强冲击倾 向
煤的动态破坏时间DT/ms DT＞500 50＜DT≤500
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
DT≤50 WET≥5 KE≥5
过程短暂（持续几秒到十几秒），难以事先准 确确定发生时间、地点和强度。
• 瞬时震动性 过程急剧而短暂，伴有巨大声
响和强烈震动，重型设备被移动，人员被弹起 摔倒，震动范围可达几千米甚至几十千米，地 面有震感，但震动持续时间一般不超过几秒。
2、冲击地压的特点
• 巨大破坏性 顶板可能瞬间明显下沉，但一般不冒落； 底板可能突然开裂鼓起甚至接顶；常有大量煤块甚 至上百立方米的煤体突然破碎从煤壁抛出，堵塞巷 道，破坏支架。造成惨重的人员伤亡和巨大的经济 损失。
• 发生条件极为复杂
不同发生条件：顶板、底板、煤层；浅埋、深部 硬煤、硬顶，硬煤、非坚硬顶底板
• 发展趋势渐趋严重
数量不断增加：32到100！范围不断扩大:19个省区
3、冲击地压的分类
• 1983年《冲击地压煤层安全开采暂行规定》中规定了我
国煤矿冲击地压的分类方法 ：
– 根据破坏后果
• 一般冲击地压 • 破坏性冲击地压 • 冲击地压事故
性称之为冲击倾向性。
冲 击
• 煤层
地 压
– 动态破坏时间DT
发 生
– 弹性能量指数WET
机
– 冲击能量指数KE
理 中
• 顶板
进
一
– 弯曲能量指数UWQ
步
讲
述
5、冲击倾向性
冲击倾向性测定行业标准的制订 （煤炭科学研究总院北京开采研究所主持）
《煤层冲击倾向性分类及指数的测定方法》（MT/T1742000）
• 复杂性 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，煤层从薄特厚，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。
我国冲击地压的显现特点
• 冲击类型多种多样
不同发生机理：重力型、构造型和混合型；断层错动型、 顶板断裂与煤体压缩型；岩爆、矿震等
– 把突变理“论、三分叉因理素论、”混沌理学论动力学、及分形理
论引入
– 还针对不同的地质开采条件，对冲击地压进来自百度文库了理 论研究
稳定
非稳定
6.1 冲击倾向性理论
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
6.1 冲击倾向性理论 σ
卸载曲线 加载曲线
0
ε
弹性变形能指数测定示意图
6.1 冲击倾向性理论
6 极强烈
顶板断裂型 断层位错型
80或以上
3.0以上
≥30
4、冲击地压的影响因素
• 矿山地质因素
开采深度、煤岩层性质、地质构造等。
• 开采技术因素
采煤方法、顶板管理、巷道布置、开采顺序、 煤柱、爆破干扰等。
• 管理因素
冲击地压的发生与否，或是否构成灾害，与 管理直接相关。
5、冲击倾向性
• 反映煤岩材料产生冲击破坏能力的固有属 在