沖擊地壓-潘立友heb

1、潘潘 立立 友友1、沖擊地壓概述與知識儲備、沖擊地壓概述與知識儲備2、沖擊地壓發(fā)生原因及實現(xiàn)條件、沖擊地壓發(fā)生原因及實現(xiàn)條件3、沖擊地壓預測關鍵技術、沖擊地壓預測關鍵技術4、工程缺陷理論與創(chuàng)新技術、工程缺陷理論與創(chuàng)新技術5、沖擊地壓防治實踐、沖擊地壓防治實踐單一重力應力場單一重力應力場（重力型）（重力型）掘進工作面沖擊地壓掘進工作面沖擊地壓原始應力場掘進巷道原始應力場掘進巷道采動應力場掘進巷道采動應力場掘進巷道構造復合應力場構造復合應力場（構造型）（構造型）單一重力應力場單一重力應力場（重力型）（重力型）構造復合應力場構造復合應力場（構造型）（構造型）控控制制措措施施預預測測方方法法判判斷斷準

2、準則則破破壞壞特特點點實實現(xiàn)現(xiàn)條條件件發(fā)發(fā)生生原原因因回采沖擊地壓回采沖擊地壓煤層壓縮彈性能釋放煤層壓縮彈性能釋放堅硬頂板彎曲彈性能釋放堅硬頂板彎曲彈性能釋放單一重力應力場單一重力應力場（重力型）（重力型）構造復合應力場構造復合應力場（構造型）（構造型）單一重力應力場單一重力應力場（重力型）（重力型）構造復合應力場構造復合應力場（構造型）（構造型）初采階段初采階段初采階段初采階段正常推進階段正常推進階段正常推進階段正常推進階段發(fā)發(fā)生生原原因因實實現(xiàn)現(xiàn)條條件件判判斷斷準準則則預預測測方方法法控控制制措措施施破壞范圍超過破壞范圍超過100m。65065065065010001000切 眼 擴 寬

3、前 支 設2300單 體轉 載 機72004306切 眼單 體80045巖 石 集 中 運 輸 巷2005.1.3事 故 現(xiàn) 場 平 面 示 意 圖一 分 層 ： 93.01.03 93.11.01二 分 層 ： 00.03.12 00.10.2401.11.01開采99.07.02開采97.04.16停采94.03.21停采切 眼 導 峒 冒 頂 處 斷 面 示 意 圖說 明 ： 1、A處 冒 頂 173# 181#鋼 帶 ；B處 冒 頂 188# 195#鋼 帶 ；C冒 頂 215# 224#鋼 帶 。 2、 43上 05面 切 眼 全 長 195m， 已 掘 193m。 3、 巷 道 冒

4、 高 約 2.0m。CCBB巷中1450600C-C斷 面 B-B斷 面 巷中8001250巷中A-A斷 面 1250距 4305運 順 巷 中 124.9m681003 2 0 02 9 0 02 7 0 02 5 0 01 7 0 02 0 0 01 6 0 0A冒 頂 區(qū)60006000B冒 頂 區(qū)530016000C冒 頂 區(qū)6800280002 0 0 02 0 0 04305軌 順切 眼 停 頭 位 置2000中 、 細 砂 巖 （ 15.6 20.0m）粉 砂 巖 （ 2.0m）2005.1.3事 故 現(xiàn) 場 剖 面 示 意 圖第 二 部 刮 板 運 輸 機第 一 部 刮 板 運

5、 輸 機綜 掘 機通 向 北 翼 西 皮 上 山43上 05運 輸 順 槽43上 05-1軌 道 順 槽43上 05軌 道 順 槽北邊界軌道巷43上 05軌 道 順 槽 43上 05 回 采 面 切 眼消火道一分層停采線43上 05-2(南 ） 工 作 面 停 采 線 43上 05回 采 工 作 面 43上04 （ 分 層 綜 放 ） 43上04 綜 采 面 切 眼 43上 06 （ 綜 放 ） 43上 06 綜 放 面 切 眼 143上 02（ 分 層 綜 采 ） 43上04 （ 分 層 綜 放 ）四采區(qū)皮帶上山四采區(qū)軌道上山四 號 提 斜溜 煤二 號 提 斜43上04軌 道 順 槽43上

6、05運 輸 順 槽43上05-1運 輸 順 槽45巖 石 集 中 運 輸 巷五 中 車 場 （ 東 ）中 間 結 束 提 斜溜 煤五 中 車 場 （ 西 ）溜 煤溜 煤六 中 車 場46巖 石 集 中 軌 道 巷四 號 提 斜4306軌 道 順 槽 43上 06 （ 綜 放 ）二 號 提 斜新 一 號 提 斜一 號 提 斜 43上 05（ 分 層 綜 采 ）1 4 3 0 2 運 輸 順 槽200370043上05切 眼 導 峒 斷 面錨 桿 20 L=1800 間 排 距 800運 輸 機3200巷中2007007007007007003800錨 桿 22 L=2400 間 排 距 800錨

7、 索 15.2 L=4800 間 排 距 1600掘 進 迎 頭冒 頂 區(qū) 域6 8 . 1 m48m切 眼 導 峒85m掘 進 迎 頭嚴重破壞范圍嚴重破壞范圍68m。更為嚴重更為嚴重 、更為突出、更為突出、 更為普遍更為普遍深部開采更需要理論創(chuàng)新與技術突破深部開采更需要理論創(chuàng)新與技術突破應力場：應力場：地應力場（地應力場（stress field in the earths crust）：）： 古構造、現(xiàn)代古構造、現(xiàn)代 地殼或地球體內，應力狀態(tài)隨空間點的變化，稱為地應力場。地殼或地球體內，應力狀態(tài)隨空間點的變化，稱為地應力場。采動應力場：開采活動形成采動應力場：開采活動形成 受采掘影響在巖體

8、內重新分布后形成的應力。受采掘影響在巖體內重新分布后形成的應力。背景應力場：歷史演化背景應力場：歷史演化支護應力場：人為支護應力場：人為 支護應力場，簡單的可以認為是提供一個用以彌補由于巷道開挖支護應力場，簡單的可以認為是提供一個用以彌補由于巷道開挖卸載造成的應力損失而人為構造的一種應力場。卸載造成的應力損失而人為構造的一種應力場。相對應力場：次生相對應力場：次生擾動應力場：深井與軟巖擾動應力場：深井與軟巖孤島煤柱支承壓力孤島煤柱支承壓力分布圖（一般應力分布）分布圖（一般應力分布） 孤島煤柱支承壓力孤島煤柱支承壓力分布圖（高應力分布）分布圖（高應力分布） 孤島煤柱支承壓力孤島煤柱支承壓力分布圖

9、（極限應力分布）分布圖（極限應力分布） 結構失穩(wěn)與應力釋放：結構失穩(wěn)與應力釋放：結構失穩(wěn)：地質結構、采場結構結構失穩(wěn)：地質結構、采場結構 靜結構、動結構靜結構、動結構 主動結構、被動結構主動結構、被動結構應力釋放：應力釋放： 構造型構造型 重力型重力型 復合型復合型礦震在空間內的失穩(wěn)為主要類型沖擊地壓是應力的擾動下破壞與能量釋放為主研究沖擊地壓等動力問題所需的基礎知識研究沖擊地壓等動力問題所需的基礎知識（1）地質、采礦等描述性工程類專業(yè)知識）地質、采礦等描述性工程類專業(yè)知識 地質工程專業(yè)知識：巖土工程設計、巖土工程勘察、巖土工程施工、地質工程專業(yè)知識：巖土工程設計、巖土工程勘察、巖土工程施工、

10、工程地質、建筑基礎工程施工、地質災害評價與防治、地下礦產(chǎn)的鉆孔工程地質、建筑基礎工程施工、地質災害評價與防治、地下礦產(chǎn)的鉆孔開采與利用、非開挖施工技術、巖土工程施工管理等。開采與利用、非開挖施工技術、巖土工程施工管理等。 采礦工程專業(yè)知識：采礦學、礦井通風與安全、井巷工程、礦山壓力、采礦工程專業(yè)知識：采礦學、礦井通風與安全、井巷工程、礦山壓力、電工與電子技術、采礦機械、礦山企業(yè)管理技術經(jīng)濟分析等。電工與電子技術、采礦機械、礦山企業(yè)管理技術經(jīng)濟分析等。掛圖研判掛圖研判-識別識別-參入，參入，（2）力學知識）力學知識 工程力學工程力學|（理論力學、材料力學）、彈性力學、塑性力（理論力學、材料力學）

11、、彈性力學、塑性力學、斷裂力學、巖石力學、結構力學、突變理論、分形力學、學、斷裂力學、巖石力學、結構力學、突變理論、分形力學、混沌學、小波理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)值模擬計算科學、實驗力混沌學、小波理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)值模擬計算科學、實驗力學等系列基礎知識。學等系列基礎知識。本質性的重要差別開采程序開采方法量級影響正比非線性開采參數(shù)覆巖強度（懸露面積）開采深度煤層壓縮彈性能)(開采深度頂?shù)装鍘r性強度及厚度構造彎曲度隨動巖層厚度及開采深度支托巖層巖性強度及厚重力彎曲）彈性能頂?shù)装鍘r層彎曲（壓縮1S1S0S032S10S1S0 沖擊地壓事故發(fā)生的基本原因沖擊地壓事故發(fā)生的基本原因 利用開采判定預測方法進行沖

12、擊地壓危險性判定，必須了解以下內容和參數(shù)： （1）煤層和圍巖的地質力學特點 （2）煤層自然參數(shù) （3）開采參數(shù)（3）開采判定法）開采判定法最基礎方法最基礎方法隨深度、構造的顯現(xiàn)規(guī)律分析；顯現(xiàn)的差異性錨桿掛不住。 沖擊危險監(jiān)測設計；力學機制分析與預警物理量確定；沖擊危險監(jiān)測設計；力學機制分析與預警物理量確定； 預警指標動態(tài)設計；現(xiàn)場實施預警指標動態(tài)設計；現(xiàn)場實施 動態(tài)協(xié)同管理。動態(tài)協(xié)同管理。（4）遠程監(jiān)測）遠程監(jiān)測協(xié)同方法協(xié)同方法1號號3、4、5號號 技技術術路路線線 依依 據(jù)沖擊地壓發(fā)生的條件和顯現(xiàn)規(guī)律，防治沖擊地壓的基本原理和措施分為以據(jù)沖擊地壓發(fā)生的條件和顯現(xiàn)規(guī)律，防治沖擊地壓的基本原理和

13、措施分為以下下4個方面：個方面：（1）戰(zhàn)略性戰(zhàn)略性或區(qū)域性防范措施，按照圍巖應力分布規(guī)律，進行合理的或區(qū)域性防范措施，按照圍巖應力分布規(guī)律，進行合理的開采設計開采設計（系統(tǒng)改造）（系統(tǒng)改造），控制圍巖應力的集中程度，從而避免產(chǎn)生大量的彈性能積聚，消除，控制圍巖應力的集中程度，從而避免產(chǎn)生大量的彈性能積聚，消除產(chǎn)生沖擊地壓的根源，杜絕或減輕沖擊危險，其特點是在完備程度上具有徹底性，產(chǎn)生沖擊地壓的根源，杜絕或減輕沖擊危險，其特點是在完備程度上具有徹底性，在時間上具有長期性，在空間上具有區(qū)域性；在時間上具有長期性，在空間上具有區(qū)域性；-全局性的工程理論體系思考全局性的工程理論體系思考（2）戰(zhàn)術性戰(zhàn)術

14、性或局部性的解危措施，即采用卸壓鉆孔、誘發(fā)爆破、煤體高壓注水等或局部性的解危措施，即采用卸壓鉆孔、誘發(fā)爆破、煤體高壓注水等措施對已形成沖擊危險或具有潛在沖擊危險的地段進行解危處理，改變煤巖體自身措施對已形成沖擊危險或具有潛在沖擊危險的地段進行解危處理，改變煤巖體自身的結構及物理力學性質，以減弱其積聚和釋放彈性能的能力，減輕或消除重點部位的結構及物理力學性質，以減弱其積聚和釋放彈性能的能力，減輕或消除重點部位的沖擊危險性，這是局部地段安全開采的前提；的沖擊危險性，這是局部地段安全開采的前提；-重點區(qū)域技術突破重點區(qū)域技術突破（3）監(jiān)測措施，即采用鉆屑法、地音或微震法監(jiān)測，監(jiān)測沖擊地壓的危險程度和

15、）監(jiān)測措施，即采用鉆屑法、地音或微震法監(jiān)測，監(jiān)測沖擊地壓的危險程度和解危效果，為采取針對性的防治措施、指導采掘工作提供依據(jù)，這是一偵察性、探解危效果，為采取針對性的防治措施、指導采掘工作提供依據(jù)，這是一偵察性、探明性的措施；明性的措施；-工程查體（培訓、更新）工程查體（培訓、更新）（4）被動性的防護措施，即在危險地段，采用加強支護、寬巷掘進等方法，盡量）被動性的防護措施，即在危險地段，采用加強支護、寬巷掘進等方法，盡量避免沖擊地壓所造成的人員傷害和設備損壞。避免沖擊地壓所造成的人員傷害和設備損壞。-安全管理（危險源識別）安全管理（危險源識別） （讓壓等） （讓壓等） （1）缺陷介質特征）缺陷介

16、質特征 采礦工程面對的介質是由各種巖石組成的地質體，是在各種宏觀地質界采礦工程面對的介質是由各種巖石組成的地質體，是在各種宏觀地質界面（斷層、節(jié)理、破碎帶、接觸帶、片理等）分割下形成的有一定結構的地面（斷層、節(jié)理、破碎帶、接觸帶、片理等）分割下形成的有一定結構的地質介質。其工程性質變得復雜，其復雜性表現(xiàn)為：質介質。其工程性質變得復雜，其復雜性表現(xiàn)為： 不連續(xù)性不連續(xù)性-非均勻性非均勻性-各向異性各向異性-存在天然應力場存在天然應力場 、溫度場、溫度場等。等。 地下采礦工程中面對的工程巖體存在斷層、空洞、斷裂面等缺陷地下采礦工程中面對的工程巖體存在斷層、空洞、斷裂面等缺陷 。 （2）缺陷分類）缺

17、陷分類 原始缺陷與工程缺陷原始缺陷與工程缺陷 原始缺陷：原始缺陷：點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷 。 通過有目的人為通過有目的人為開挖與施工開挖與施工，制造出的空間稱為工程缺陷，工程缺陷與，制造出的空間稱為工程缺陷，工程缺陷與其周圍的破壞裂隙巖體共同組成其周圍的破壞裂隙巖體共同組成工程缺陷體工程缺陷體。 工程缺陷包括人為施工形成自身工程缺陷和工程與原始缺陷的復合體工工程缺陷包括人為施工形成自身工程缺陷和工程與原始缺陷的復合體工程缺陷。程缺陷。（3）缺陷防沖力學機制）缺陷防沖力學機制 （4）缺陷防沖原理）缺陷防沖原理 （4）缺陷防沖原理）缺陷防沖原理 彈性波在巖體中

18、傳播時，其穿透情況決定于裂隙密度與其填充物，彈彈性波在巖體中傳播時，其穿透情況決定于裂隙密度與其填充物，彈性波不能穿過被空氣充填的裂隙介質，也較難穿越充水裂隙，但能穿越固性波不能穿過被空氣充填的裂隙介質，也較難穿越充水裂隙，但能穿越固體充填物。所以工程缺陷體的充填介質是空氣與水，對彈性波有阻止作用。體充填物。所以工程缺陷體的充填介質是空氣與水，對彈性波有阻止作用。 缺陷體的高密度缺陷結構對破壞與能量的傳遞作用具有很好的阻抗性，缺陷體的高密度缺陷結構對破壞與能量的傳遞作用具有很好的阻抗性，不同密度的缺陷體，在相同接觸爆破條件下，不同缺陷密度花崗巖的破裂不同密度的缺陷體，在相同接觸爆破條件下，不同

19、缺陷密度花崗巖的破裂模式。圖中明確表示，缺陷密度越大，破壞范圍越小。說明缺陷體具有吸模式。圖中明確表示，缺陷密度越大，破壞范圍越小。說明缺陷體具有吸能抗沖擊作用。能抗沖擊作用。-（體積（體積7.2:1） 截流前后工作面應力分布狀態(tài)截流前后工作面應力分布狀態(tài) （1）缺陷原理下的開采設計）缺陷原理下的開采設計 沖擊礦井煤層堅持沖擊礦井煤層堅持“以控制采掘空間圍巖應力集中程度、在缺陷體內布以控制采掘空間圍巖應力集中程度、在缺陷體內布置巷道與硐室為目標置巷道與硐室為目標 ” 1-未掘巷道；未掘巷道；2-巷道處于低應力區(qū)；巷道處于低應力區(qū)；3-巷道處于高壓力區(qū)巷道處于高壓力區(qū)保護層開采主應力圖保護層開采

20、主應力圖 工作面離開斷層推進；采用適宜的采煤方法（沖擊體成缺陷體）；采空工作面離開斷層推進；采用適宜的采煤方法（沖擊體成缺陷體）；采空區(qū)處理方法（形成無災缺陷）。區(qū)處理方法（形成無災缺陷）。（2）工程立體型缺陷技術）工程立體型缺陷技術 開采保護層會引起部分巖體變形、移動和破壞，這部分巖體范圍稱作工程立體缺開采保護層會引起部分巖體變形、移動和破壞，這部分巖體范圍稱作工程立體缺陷。沖擊礦井煤層堅持陷。沖擊礦井煤層堅持“以控制采掘空間圍巖應力集中程度、在缺陷體內布置巷道與以控制采掘空間圍巖應力集中程度、在缺陷體內布置巷道與硐室為目標硐室為目標 ” 保護層開采主應力圖保護層開采主應力圖 （3）工程線體

21、型缺陷技術）工程線體型缺陷技術缺陷體防治沖擊地壓的原理主要體現(xiàn)在三個方面：缺陷體防治沖擊地壓的原理主要體現(xiàn)在三個方面： a 由于線體型缺陷的作用及爆破震動等能夠使應力場進一步向工作面深部轉移，應力峰值和煤壁的距離進由于線體型缺陷的作用及爆破震動等能夠使應力場進一步向工作面深部轉移，應力峰值和煤壁的距離進一步加大；一步加大； b 應力場的轉移過程中帶動了能量向遠距離位置釋放，而且應力場轉移過程中使能量逐漸、緩慢的釋放；應力場的轉移過程中帶動了能量向遠距離位置釋放，而且應力場轉移過程中使能量逐漸、緩慢的釋放； c 在缺陷體附近的能量釋放，能夠使缺陷保護區(qū)域形成應力緩沖區(qū)（卸壓保護帶），從而降低保護

22、區(qū)域的在缺陷體附近的能量釋放，能夠使缺陷保護區(qū)域形成應力緩沖區(qū)（卸壓保護帶），從而降低保護區(qū)域的沖擊地壓危險性。沖擊地壓危險性。線體型缺陷卸壓示意圖線體型缺陷卸壓示意圖聲發(fā)射圖聲發(fā)射圖 （4）內缺陷防沖技術）內缺陷防沖技術 從形狀（表面）上看沒有缺陷、但煤巖內部制造出缺陷的施工技術稱為從形狀（表面）上看沒有缺陷、但煤巖內部制造出缺陷的施工技術稱為內缺陷防沖技術。內缺陷防沖技術。 （5）缺陷轉化技術）缺陷轉化技術有災到無災有災到無災 頂板缺陷處理頂板缺陷處理 懸頂缺陷處理懸頂缺陷處理 （6）缺陷轉移技術）缺陷轉移技術-空間移動空間移動 頂板缺陷轉移頂板缺陷轉移 底板缺陷轉移底板缺陷轉移3237工作面工作面要點要點1：關鍵是確定高應關鍵是確定高應力