深埋高应力区巷道冲击地压预测与防治方法研究_苏承东

第27卷 增2 岩石力学与工程学报 V ol.27 Supp.2 2008年9月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept.，2008

收稿日期：2007–01–31；修回日期：2007–03–01

基金项目：国家自然科学基金资助项目(10572047)；河南省重点科技攻关项目(0424210018)

作者简介：苏承东(1961–)，男，1987年毕业于焦作矿业学院采矿工程系采矿工程专业，现任高级工程师，主要从事采矿工程和岩石力学方面的研究工作。E-mail ：sucd@

深埋高应力区巷道冲击地压预测与防治方法研究

苏承东，李化敏

(河南理工大学 能源科学与工程学院，河南 焦作 454159)

摘要：对平煤集团十二矿三水平皮带下山冲击地压预测与防治方法进行研究。结果表明，皮带下山所处位置构造复杂，以构造应力为主，地应力较大，属于深埋巷道。皮带下山围岩属典型的高强脆性岩石，具有中等偏强冲击倾向性。采用电磁辐射方法监测结果与实际发生冲击地压的情况基本一致，电磁辐射强度临界值为30 mV ，脉冲数临界值为400 000次。电磁辐射指标超过临界值时具有冲击地压危险地段，采用拱顶浅孔爆破卸压法治理措施后，电磁辐射指标有明显下降，冲击地压的强度、频度均有所减弱和减少，有效地缓解和防治冲击地压发生的作用。巷道掘进施工采用短段掘锚作业，及时锚网喷索联合支护，打眼施工期间挂设防护网，最大限度地消除和缓解冲击地压的危害。

关键词：岩石力学；冲击地压；地应力；爆破卸压；电磁辐射

中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)增2–3840–07

STUDY ON FORECAST AND PREVENTION METHODS FOR ROCKBURST

OF DEEP ROADWAY WITH HIGH GEOSTRESS

SU Chengdong ，LI Huamin

(School of Energy Science and Engineering ，Henan Polytechnic University ，Jiaozuo ，Henan 454159，China )

Abstract ：Forecast and prevention methods were studied for rockburst in haulage-dip at Coal Mine No.12，Pingdingshan Coal Group of China. This haulage-dip belongs to a deep roadway with the complex geological conditions ，and the tectonic stresses are very high. The surrounding rock of the haulage-dip is a typical brittle rock with high strength and is a middle burst-prone mine. The in-situ monitoring results for rockburst with electromagnetic emission method(EEM) were basically consistent with practical situation. The critical value of EEM was 30 mV and the critical value of pulse count was 400 000. When the magnitude of EEM in the roadway area exceeded the critical value ，the rockburst occured in this danger area of haulage-dip. After the shallow blasting measures were taken ；the pressure over roadway roof was released ，and the magnitude of EEM obviously decreased. The intensity and frequency of rockburst were also reduced. Therefore ，rockburst can be effectively prevented. Short-range excavation ，bolt supporting with shotcrete in-time and hanging steel net during roadway excavation can reduce or lessen the hazard of rock burst.

Key words ：rock mechanics ；rock burst ；geo-stress ；blasting pressure relief ；electromagnetic emission method (EEM)

1 引 言

冲击地压是在高地应力条件下进行地下工程施

工的过程中，坚硬围岩因开挖卸荷形成二次应力场，表现为在巷道围岩附近产生应力集中，当应力超过岩体的破坏强度时，聚积在巷道周围的岩体内部储存的弹性应变能突发性释放，使巷道围岩产生爆裂

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性松脱、剥落、弹射甚至抛掷，同时发出巨大声响，造成围岩振动，有时还会产生强烈的气浪或冲击波，对矿山安全生产威胁极大，时常造成重大伤亡事故。冲击地压是深部开采过程中常见的工程地质灾害之一[1～4]，对于工程施工的人员和设备均造成了直接威胁。随着目前矿井开采强度增大，矿井延伸速度加快，开采深度的增加巷道围岩的受力状况恶化，冲击地压逐渐显现，并随开采深度的增加其频度和强度不断增加[5]。因此，研究发生在深埋高应力巷道施工中的冲击地压问题，探索冲击地压发生的机制、预测预报及防治方法，总结冲击地压发生发展的规律，采取有效的预测预报并提出相应的防治措施，对于保证深埋巷道施工的安全具有实用价值。近几十年来，国内外在冲击地压预测和防治方面作了大量的研究工作，提出多种理论和防治方法[6～12]。由于引起冲击地压的因素很多，地下工程所处环境及其复杂，对于煤矿深部开采冲击地压的相关问题尚不完全清楚有待进一步研究，本文对平煤集团十二矿三水平皮带下山在进行区域地质分析的基础上，采取室内岩性试验、地应力测试、电磁辐射监测、分析冲击地压发生的规律、采取几种爆破卸压方法等多种研究手段，对皮带下山的冲击地压问题进行系统研究，总结出电磁辐射方法监测进行预测预报的临界值，基本搞清冲击地压发生的时间、地点、危险程度以及发生的规律，并采用拱顶浅孔爆破卸压措施，最大限度地消除和缓解了冲击地压的危害，可为类似条件下巷道安全施工提供参考依据。

2 地质特征

平煤集团十二矿位于平顶山矿区南部，井田内形成为一系列的北西–东南向褶皱平行排列的复式褶皱大构造形态，以及前聂背斜、任装向斜、焦赞向斜、郭庄背斜、牛庄向斜等小型构造形态，构造分布见图1。

皮带下山开口处位于己组煤层的上部，穿过己组煤之后，沿L1和L2灰岩施工，附近没有开采影响，所受压力为矿山静压力。所处位置接近李口向斜轴部，岩层走向118°，倾角由大变小，0°～5°。皮带下山服务年限20 a，设计全长1 850 m，埋深872～1 150 m，属深部开采巷道，设计方位28°，350 m以上坡度为16°，以下为17°，915 m处由5°变平向前施工，支护形式为锚网喷索联合支护。

1—前聂背斜；2—任装向斜；3—焦赞向斜；4—郭庄背斜；5—牛庄向斜；6—郝堂向斜；7—张湾断裂；8—辛店断裂；9—人庄段成；10—十二矿断层；11—原十一矿断层；12—牛庄断层；13—竹园断层；14—张家断层；15—高孔断层；16—斜井断层；17—郝堂断层；18—张家庄断层

图1 平顶山矿区地质构造图

Fig.1 Geological structure of Pingdingshan mining area

3 岩性试验

国内外大量的研究结果[2，3，11，12]表明，岩性是决定冲击地压发生的一个重要内在因素，冲击地压一般发生在完整性好，裂隙发育少，质地坚硬，脆性岩体中。针对皮带下山处在穿越坚硬完整的L1和L2石灰岩岩样，在RMT–150B电液伺服控制岩石力学试验系统上按照相关测定方法[13]进行L1和L2灰岩冲击倾向指标测定，包括弹性能指数W Et、冲击能指标

N

K、破坏时间DT以及脆性系数四项性能指标。

弹性能指数

ET

W：在单轴压缩加载到峰值载荷

的70%～80%时积蓄的弹性能

sp

φ和卸载消耗塑性能

量(

c sp

φφ

−)的比值，按下式计算：

sp

c

sp

ETφ

φ

φ

−

=

W(1)

式中：

c

φ为加载过程试验机对岩样做的总功。

ET

W越大，反应出岩石比较致密其弹性越好，加载过程中试验机所作的功以弹性能的形式储蓄起来，卸载时塑性变形吸收的能量很越少，这种岩石破坏时释放的能量就越大，冲击性越强，危害就越大，较好地反映岩石发生冲击地压的可能性。

冲击能

N

K：在单轴压缩加载积蓄能量

1

F和破

坏过程中消耗能量

2

F的比值，按下式计算：

2

1

N F

F

K=(2) N

K越大，表明储存弹性能与破坏消耗能量相差越多，则多余能量以动能、震动以及声响等形式