沖壓地壓及其防治

1、沖壓地壓及其防治、沖擊地壓沖擊地壓是指在開采過程中， 積聚在煤炭體中的能量， 瞬間釋放出來， 產生一種以突然、急劇、猛烈破壞為特征的動力現象。特征：常伴隨 有很大的聲響、巖體震動和沖擊波，在一定范圍內可以感到地震；有 時向采掘空間拋出大量的碎煤或巖塊，形成很多煤塵，釋放出大量的 瓦斯。根據原巖 (煤)體應力狀態(tài)不同，沖擊地壓可分為 3類：重力型沖擊地壓、 構造應力型沖擊地壓、中間型或重力一構造型沖擊地壓。重力應力型 沖擊地壓：主要受重力作用，沒有或只有極小構造應力影響的條件下 引起的沖擊地壓。 構造應力型沖擊地壓： 主要受構造應力 (構造應力遠 遠超過巖層自重應力)的作用引起的沖擊地壓。中間型

2、或重力構造型 沖擊地壓：主要受重力和構造應力的共同作用引起的沖擊地壓。根據沖擊的顯現強度分類： (1)彈射：一些單個碎塊從處于高應力狀態(tài) 下的煤或巖體上射落，并伴有強烈聲響，屬于微沖擊現象。 (2)礦震： 它是煤、巖內部的沖擊地壓，即深部的煤或巖體發(fā)生破壞，煤、巖并 不向已采空間拋出， 只有片帶或塌落現象， 但煤或巖體產生明顯震動， 伴有巨大聲響，有時產生礦塵。較弱的礦震稱為微震。(3)弱沖擊。煤 或巖石向已采空間拋出，但破壞性不很大，對支架、機器和設備基本 上沒有損壞；圍巖產生震動，一般震級在 2.2 級以下，伴有很大聲響； 產生煤塵，在瓦斯煤層中可能有大量瓦斯涌出。 (4)強沖擊。部分煤或

3、 巖石急劇破碎，大量向已采空間拋出，出現支架折損、設備移動和圍 巖震動，震級在 2.3級以上，伴有巨大聲響， 形成大量煤塵和產生沖擊 波。根據震級強度和拋出的煤量分類： (1)輕微沖擊：拋出煤量在 10t 以下， 震級在1級以下的沖擊地壓。(2)中等沖擊：拋出煤量在10t50t以下， 震級在1級2級的沖擊地壓。(3)強烈沖擊：拋出煤量在50t以上， 震級在 2級以上的沖擊地壓。 一般面波震級 Ms=1 時，礦區(qū)附近部分居 民有震感； Ms=2 時，對井上下有不同程度的破壞； Ms>2 時，地面 建筑物將出現明顯裂縫破壞。根據發(fā)生的地點和位置分類： (1)煤體沖擊。發(fā)生在煤體內，根

4、據沖擊 深度和強度又分為表面、淺部和深部沖擊。 (2)圍巖沖擊。發(fā)生在頂底 板巖層內，根據位置有頂板沖擊和底板沖擊。二、沖擊地壓機理沖擊地壓成因的機理： 對沖擊地壓成因和機理的解釋主要有強度理論、 能量理論、沖擊傾向理論和失穩(wěn)理論。1、強度理論 該理論認為，沖擊地壓發(fā)生的條件是礦山壓力大于煤體 -圍巖力學系 統(tǒng)的綜合強度。其機理為：較堅硬的頂底板可將煤體夾緊，阻礙了深 部煤體自身或煤體 -圍巖交界處的變形 （見下圖 ）。由于平行于層面的摩 擦阻力和側向阻力阻礙了煤體沿層面的移動，使煤體更加壓實，承受 更高的壓力，積蓄較多的彈性能。從極限平衡和彈性能釋放的意義上來看，夾持起了閉鎖作用。在煤體 夾

5、持帶內，壓力高、并儲存有相當高的彈性能，高壓帶和彈性能積聚 區(qū)可位于煤壁附近。一旦高應力突然加大或系統(tǒng)阻力突然減小時，煤 體可產生突然破壞和運動，拋向已采空間，形成沖擊地壓。2、能量理論該理論認為，當礦體與圍巖系統(tǒng)的力學平衡狀態(tài)破壞后所釋放的能量 大于其破壞所消耗能量時，就會發(fā)生沖擊地壓。剛性理論也是一種能 量理論，它認為發(fā)生沖擊地壓的條件是：礦山結構（礦體）的剛度大 于礦山負荷系 （圍巖 ）的剛度，即系統(tǒng)內所儲存的能量大于消耗于破壞和 運動的能量時，將發(fā)生沖擊地壓。但這種理論并未得到充分證實，即 在圍巖剛度大于煤體剛度的條件下也發(fā)生了沖擊地壓。3、沖擊傾向理論該理論認為，發(fā)生沖擊地壓的條件是

6、煤體的沖擊傾向度大于實驗所確定的極限值?？衫靡恍┰囼灮驅崪y指標對發(fā)生沖擊礦壓可能程度進 行估計或預測，這種指標的量度稱為沖擊傾向度。其條件是：介質實 際的沖擊傾向度大于規(guī)定的極限值。 這些指標主要有： 彈性變形指數、 有效沖擊能指數、極限剛度比、破壞速度指數等。上述三種理論提出了發(fā)生沖擊地壓的三個準則，即強度準則、能量準則和沖擊傾向度準則。其中強度準則是煤體破壞準則，能量準則和沖擊傾向度準則是突然破壞準則。三個準則同時成立，才是產生沖擊地 壓的充分必要條件。4、失穩(wěn)理論近年來，我國一些學者認為， 根據巖石全應力 應變曲線， 在上凸硬 化階段，煤、巖抗變形 （包括裂紋和裂縫 ）的能力是增大的，介質是穩(wěn)定 的；在下凹軟化階段，由于外載超過其峰值強度，裂紋迅速傳播和擴 展，發(fā)生微裂紋密集而連通的現象，使其抗變形能力降低，介質是非 穩(wěn)定的。在非穩(wěn)定的平衡狀態(tài)中，一旦遇有外界微小擾動，則有可能 失穩(wěn)，從而在瞬間釋放大量能量，發(fā)生急劇、猛烈的破壞，即沖擊地 壓。由此，介質的強度和穩(wěn)定性是發(fā)生沖擊的重要條件之一。雖然有 時外載未達到峰值強度，但由于煤巖的蠕變性質，在長期作用下其變 形會隨時間而增大，進入軟化階段。這種靜疲勞現象，可以使介質處 于不穩(wěn)定狀態(tài)。在失穩(wěn)過程中系統(tǒng)所釋放的能量可使煤巖從靜態(tài)變?yōu)?動態(tài)過程，即發(fā)生急劇、猛烈的破壞。三、沖擊地壓的防治根據沖擊地壓發(fā)生的原因，可以制定防