煤礦動壓現象及其控制

第十一章煤礦動壓現象及其控制沖擊礦壓現象形成特點及分類沖擊礦壓發(fā)生機理沖擊礦壓的預測預報及危險性評定沖擊礦壓的防治頂板大面積來壓本節(jié)主要內容一、沖擊礦壓的防范措施：

主要解決開采技術不合理問題

1）開拓布置應有利于開采解放層；

2）最大限度避免形成煤柱高應力區(qū)；

3）避免工作面相向開采；

4）工作面由斷層、褶曲軸始采；

5）巷道布置在底板巖層或無沖擊危險煤層；

6）采用長壁無煤柱全部垮落法；

7）選擇整體性強的可縮性支架?！?1.4沖擊礦壓的防治開采解放層§11.4沖擊礦壓的防治§11.4沖擊礦壓的防治二、解危措施：主要解決卸壓降能問題

1）卸壓爆破：震動卸壓爆破——撤人、引發(fā)、移壓。震動落煤爆破——撤人、引發(fā)、落煤移壓。震動卸壓落煤爆破——長鉆孔爆破、合一。頂板爆破——長短鉆孔爆破，降能、引發(fā)。

2）煤層注水：

短鉆孔注水——機道，間距6~10米，孔深

10米，影響生產。長鉆孔注水——巷道，超前60米，間距10~20

米，孔深為面長，薄煤層難用。聯合注水——長短結合?！?1.4沖擊礦壓的防治

3）鉆孔卸壓：

釋放彈性能，消除應力升高區(qū)。

4）定向裂縫：

釋放彈性能，降低沖擊危險。

a.定向水力裂縫：在短時間內，人為用高壓水將煤、巖體破壞。

b.定向爆破裂縫：由炸藥替代高壓水，造成煤、巖體產生裂縫。

§11.4沖擊礦壓的防治煤層注水定向裂隙卸壓爆破§11.4沖擊礦壓的防治鉆孔卸壓堅硬頂板：

堅硬頂板是初次跨落步距大于25m，強度指數大于120MPa的頂板。堅硬頂板特點：1.堅硬頂板一般由硬砂巖、礫巖、石灰?guī)r等組成；2.直接頂很薄或者基本上無直接頂，老頂厚度一般為8～40米，甚至更大；3.整體性強，節(jié)理裂隙不發(fā)育，弱面較少，自穩(wěn)能力強。4.堅硬巖石的破壞往往表現為脆性破壞，在破壞之前，塑性變形很不明顯，當應力達到強度極限后，立即破壞，強度降為零?！?1.5頂板大面積來壓

頂板大面積來壓主要是由于堅硬頂板被采空的面積超過一定的極限值，引起大面積冒落而造成的劇烈動壓現象。一、頂板大面積來壓：特點：1.頂板是整體厚層硬巖層；2.冒落面積大；3.形成暴風；4.破壞力強?！?1.5頂板大面積來壓二、頂板大面積來壓的成因和機理

大面積冒頂是當煤層頂板由砂巖或礫巖等整體厚度構成時才會發(fā)生。1.砂巖、礫巖等強度很大，其單向抗壓強度可達80～160MPa，甚至達200MPa；1.難冒落原因：2.這些巖層一般為厚層整體結構，巖體中的層理、節(jié)理和裂隙都不發(fā)育；§11.5頂板大面積來壓二、頂板大面積來壓的成因和機理

由于直接覆于煤層之上的頂板巖層堅硬，在回采工作面初采時，頂板初次跨落步距可達50～70m，甚至達100m以上。為了避免初次來壓形成的危害，常常用刀柱法進行開采，即當回采工作面推進一定距離，在采空區(qū)留一段煤柱支撐頂板。這樣看起來對一個采場似乎是安全的，但隨著采空面積的增加，上覆巖層的壓力將主要由留下的煤柱承擔。結果常由于煤柱本身的力學性質發(fā)生變化，喪失了頂板的支承能力。由實踐中得知，當煤柱支撐面積與采空面積之比低于30%時，這種現象尤為嚴重，易于形成大面積來壓現象?！?1.5頂板大面積來壓2.大面積冒頂的原因：頂板巖層強度在一定的支撐條件下超過了其極限值。兩種看法：

一種看法認為：由于進行開采，頂板大面積懸露而不冒落，在自重應力作用下，當彎曲應力值超過其強度極限時，將出現斷裂或使原生的細微裂隙擴展，一旦這些裂隙貫穿堅硬巖層時，則發(fā)生斷裂。§11.5頂板大面積來壓另一種看法認為：由于頂板大面積懸空，在煤柱上的頂板巖層產生強大的切應力，導致頂板被切斷。

也就是前一種看法認為巖層是被拉斷的，而后一種看法則認為巖層是被剪斷的。三、大面積冒頂的預兆1.頂板斷裂聲響的源率和音響增大；2.煤幫有明顯受壓和片幫現象；3.底板出現底鼓或沿煤柱附近的底板發(fā)生裂縫；4.巷道（上下順槽）超前壓力較明顯；5.工作面中支柱載荷和頂板下沉速度明顯增大；6.有時采空區(qū)頂板發(fā)生裂縫或淋水加大，向頂板中打的鉆孔原先流清水，后變?yōu)榱靼缀隣畹囊后w?！?1.5頂板大面積來壓四、大面積冒頂的預測預報

大面積冒頂可以用微震儀、地音儀和超聲波地層儀等進行預測。因為厚層堅硬巖層的破壞過程，長的在冒頂前幾十天就出現聲響和其它異常現象，短的在冒頂前幾天，甚至幾小時也出現預兆。因此根據儀器測量的結果，再結合歷次冒頂預兆的特征，可以對大面積冒頂進行較準確的預報，避免災害?！?1.5頂板大面積來壓五、頂板大面積來壓的防治措施

頂板大面積來壓主要的危險是由頂板冒落而形成的沖擊載荷和暴風。防止和減弱其危害的基本原理是：

1.改變巖體的物理力學性能，以減小頂板懸露和冒落面積；2.減小頂板下落高度，以降低空氣排放速度?！?1.5頂板大面積來壓

頂板注水可以起軟化頂板、增多和擴展裂隙、以及潤滑弱面等作用。（一）注水孔布置方式和注水工藝注水孔的布置方式。

根據采煤工作面長度及鉆機性能，注水孔有單向和雙向兩種布置方式。工作面長度小于100m時，通常用單向式，工作面長度大于100m時，采用雙向式。根據老頂及直接頂狀況不同，可采用單層或雙層布置。1.頂板高壓注水§11.5頂板大面積來壓

注水可分為一次性注水和分階段注水兩種方法。一次性注水，其初期，以高壓水對巖體的水壓力作用為主，后期則以浸潤軟化為主。分階段注水是先向注水孔進行低壓力、小流量的初注，一般只起浸潤作用，當工作面推進至支承壓力區(qū)后，再以大流量、大壓力進行二次注水，直到巖體中形成水力壓裂裂隙，注水壓力急劇下降為止?！?1.5頂板大面積來壓(二)預注高壓水軟化頂板的效果及存在問題1）注水軟化后的頂板巖體整體性被減弱，采空區(qū)頂板由整體性跨落變?yōu)榉謱臃执慰缏?，冒落塊度減小，冒落高度增加；1.預注高壓水軟化頂板的效果2）老頂初次來壓和周期來壓步距明顯減少，極限采空面積大幅度減??；3）采煤工作面支架載荷也明顯降低，減弱甚至消除了頂板對對支架的沖擊荷載作用，避免了支架的損壞?！?1.5頂板大面積來壓2.預注高壓水軟化頂板存的問題1).注水參數不合適，可能造成工作面漏頂2).頂板有時出現淋水；(三)、預注高壓水軟化頂板的適用條件

預注高壓水軟化頂板適用于一般堅硬難冒的厚砂巖、厚礫巖及石灰?guī)r頂板。但當礫巖或砂巖的膠結物為碳酸巖類礦物時，效果較差。在地質破壞帶使用這種方法不會取得顯著效果?！?1.5頂板大面積來壓2、強制放頂用爆破的方法人為地將頂板切斷，并使頂板冒落形成矸石墊層。切斷頂板可以控制冒落面積，減弱頂板壓力和冒落時產生的沖擊載荷；形成墊層可以緩和冒落時產生的暴風。為了形成墊層，放頂的高度可按形成墊層的厚度進行計算。根據實踐經驗，采空區(qū)中矸石充滿程度達到采空和放頂高度之和的2/3，就可以避免過大的沖擊載荷和防止形成暴風。據此，放頂高度可按下式計算：§11.5頂板大面積來壓常用的強制放頂方法有以下幾種：(1)“循環(huán)式”淺孔放頂(2)“步距式”深孔放頂1.對周期來壓不很嚴重的頂板，每1～2個循環(huán)在工作面放頂線上打1.8～3.0m深的一排鉆孔;2.眼距4～5m，孔徑35mm，傾角65°～70°，裝藥量6×150g。作用：

爆破后破壞頂板的完整性，形成矸石墊層。適用條件：

周期來壓規(guī)律性強，能準確掌握頂板來壓步距。§11.5頂板大面積來壓操作方法：沿工作面向頂板打1～2排深孔，進行放頂。作用：切斷頂板，避免頂板大面積一次冒落。

孔徑60～64mm，孔距6～8m，傾角60°～65°，孔深6～7m，裝藥量8～10kg，封泥長度1m左右。連續(xù)進行兩爆破，使頂板形成一道高度為5～6m或14～16m，寬度為2m左右的溝槽，以便頂板由此處切斷而冒落?！?1.5頂板大面積來壓(3)超前深孔松動爆破適用條件：綜采工作面；鉆孔布置