冲击地压的分类研究

冲击地压的分类研究

辽宁工程技术大学工程力学研究所　邰英楼　王来贵　章梦涛

摘　要　文章在总结以往研究成果的基础上,根据岩石的力学特性、煤岩体的受力特点、赋存条件以及地质构造情况,对采掘诱发冲击地压进行分类,为防治技术提供了研究基础。

关键词　冲击地压　分类　灾害

如何对冲击地压分类,将直接影响着冲击地压的预测、预防和防治。不同的冲击地压,其诱发因素不同,科学地对冲击地压分类,就可根据不同的冲击地压类型,寻求不同的防治对策。

1　冲击地压的分类

从宏观角度看,传统上是根据煤(岩)体的受力来源进行冲击地压分类,即重力型和构造型冲击地压。重力型冲击地压是指采掘过程中,以重力为主要外力来源而诱发的冲击地压,其特点是随着采掘深度的加大,冲击地压发生的频度和发生的强度明显地增加。构造型冲击地压是指在构造应力的作用下,煤岩体发生的冲击地压,其特点是在地质构造明显的区域,构造应力越集中,发生冲击地压的可能性就越大,常发生在煤层分布不均匀、向、背斜的轴部、断层附近等。

对某一特定的冲击地压,根据煤岩体的受力状况及破坏特征,采掘诱发冲击地压一般可分为3类,即采掘诱发的煤(岩)体压应力型冲击地压、顶底板受拉应力型冲击地压及断层走滑受剪型冲击地压。

111　煤(岩)体压应力型冲击地压

采掘诱发煤(岩)体压应力型冲击地压是采掘中最常见的一种失稳破坏形式,约占总数的80%以上。发生时煤体大量抛出,并释放大量能量,导致煤体震动。其特点是煤(岩)体内仅承受压应力作用。煤体受压后,如果其承载能力随煤体变形的增加而增加,则系统是稳定的,就不会发生冲击地压;如果其承载能力随煤体变形的增加而迅速降低,系统是不稳定的,就可能发生冲击地压。112　顶底板受拉应力型冲击地压

顶底板承受拉应力型冲击地压是指当采矿进行一定程度后,具有坚硬的厚而完整的岩石顶底板大面积悬空而发生的顶底板突然断裂。顶底板冲击地压发生的受力特点是顶底板承受大于抗拉强度的拉应力区域,发生的位置特征是,一般发生在老塘中部或煤柱边缘附近,或沿原有断裂线、弱面继续开裂失稳扩展;后方的顶板断裂后或后方为落差比较大的断层,其发生的位置转向工作面的前方。顶板冲击地压发生的强度特征是,老顶厚度越大,完整性越好,发生的最高震级也越大。

113　断层走滑受剪型冲击地压

矿井中不连续面冲击地压主要是指层理、断层等不连续面间突然错动,猛烈释放能量的现象。其受力特点是断层承受较大的剪应力作用。由于不连续面涉及到整个井田,甚至有些断层延伸到井田之外,故不连续面冲击地压牵涉的范围大,释放的能量多、震级高。由于震源浅,震中区离工作面近,其

烈度远高于同级天然地震。

2　复合型及连锁式冲击地压

复合型冲击地压是指两种或两种以上的单一冲击地压先后组合发生的冲击现象。而由于系统的扰动,在一定的时间间隔和一定的采矿空间内发生的一系列冲击事件,称为连锁式冲击地压。

211　复合型冲击地压发生过程

由于煤层赋存条件复杂,特别是倾向和走向厚度分布都不均匀,在煤层厚度变薄、或顶底板厚度起伏变化较大的区域,冲击地压发生的频度和强度都很大。冲击地压发生时,往往以煤体整体移动为主,且为实体煤。释放能量多为单一冲击事件,串煤炮少见。煤层产状和围岩产状及煤质发生急剧变化时,往往预示着有潜在的冲击地压危险。冲击地压发生的基本条件可从地应力来源、煤岩的基本力学性质等方面考虑。

由于支承压力作用,走向应力不均匀,使煤体在峰值作用点附近水平方向受拉应力作用。而煤体的抗拉强度低,故在峰值附近应力点的水平方向拉伸破坏。这是第一个过程;紧接着发生第二个过程,即煤体与顶、底板间的摩擦阻力较小,拉断后的煤体,立即沿顶、底板向采空区滑动,直至全部或部分能量释放,使系统重新平衡。

212　连锁式冲击地压发生过程

连锁式冲击地压发生的特点是在采掘区一处发生冲击后,由于对采掘系统强烈的扰动,紧接着诱发其它邻近采区发生冲击。一般常见的有:一处煤体冲击诱发另一处煤体冲击;或者煤体冲击诱发顶板、底板冲击;或者顶、底板冲击诱发煤体冲击、或另一处顶、底板冲击等。由于冲击地压发生时释放大量系统储存的弹性能,最大的能达到5级以上地震,加之冲击震源就在采空区内,离其采掘区非常近,烈度比同级地震高一、二度,故系统承受的扰动非常大,如果震源附近某些子系统的稳定度不高,则在强扰的作用下很可能失稳,这种失稳便是另一次冲击地压的发生。

连锁式冲击地压发生一方面具备系统的结构特性,即系统采掘到一定的空间并具备系统失稳的条件后才可能发生;另一方面就是系统具有强烈的扰动。在采掘系统一定的条件下,从限制系统扰动特别是限制系统强扰的角度来防治连锁式冲击地压发生是一有效的措施。如用小药量放炮,及时断顶、断底,及时处理冲击地压,变可能的高震级冲击地压为不发生或震级低的冲击地压。

3　结语

(1)传统上将冲击地压分为重力型和构造型冲击地压,是从宏观上和煤(岩)体的受力来源分类的;

(2)根据煤岩体的受力状况及破坏特征,采掘诱发冲击地压一般可分为3类,即煤(岩)体压力型冲击地压、顶底板受拉应力型冲击地压及断层走滑受剪型冲击地压。

(3)两种或两种以上单一冲击地压先后组合发生复合型冲击地压。而由于系统的扰动在一定的时间间隔和一定的采矿空间内发生的一系列冲击事件形成连锁式冲击地压。

参考文献

1　王来贵,潘一山,章梦涛.采掘诱发地震的成因及对策,中国安全科学学报,1996

2　王来贵,潘一山,章梦涛.矿井不连续面冲击地压发生过程分析.中国矿业,1996

3　王来贵,黄润秋,张倬元等.岩石力学系统运动稳定性问题及其研究现状.地球科学进展,1997

作者简介　邰英楼,1963年生,1986年大连理工大学工程力学专业毕业,1994年获硕士学位。主要从事岩石力学的理论研究。

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