衝擊地壓預測與控製體係
衝擊地壓是采動誘發高強度的煤(岩)彈性能瞬時釋放,在相應采動空間引起強烈圍岩震動和擠出的現象。是我國煤礦常見的重大02manbetx.com
災害。衝擊地壓引起人員傷亡和設備損壞,不僅發生在推進的工作麵現場,而且可能波及彈性釋放範圍的巷道、峒室,特別是存在應力集中的空間部位。迄今為止,衝擊地壓的控製處在統計管理與條理決策階段,沒有形成衝擊地壓的防治理論、監測方法及控製決策的一體化體係。本文基於對衝擊地壓發生的機理,對衝擊地壓02manbetx.com
進行了分類,提出了衝擊地壓02manbetx.com
預測與控製動力信息基礎,形成了實用的衝擊地壓預測控製的體係。
1衝擊地壓發生的原因及實現的條件
具有衝擊傾向的煤(岩)層,受構造運動和采場推進影響而形成的高度應力集中和高能級的彈性變形能的儲存,是衝擊地壓發生的根本原因。沒有采取釋放應力和能量的措施,在可能有高應力集中和高能級彈性能釋放的區域推進采掘工作麵,是衝擊地壓得以實現的條件。
有衝擊傾向的高強度煤(岩)中儲存的高能級彈性能,包括煤(岩)受構造運動擠壓儲存的彈性能、堅硬頂板條件下大麵積推進采場聚集的壓縮彈性能及高強度大厚度堅硬岩層大麵積懸露的彎曲變形彈性能。因此,了解煤田構造運動的曆史和殘餘構造應力的現實分布,掌握具體煤層條件下不同開采方法、不同開采參數和不同開采程序,對煤(岩)應力和能量積聚和釋放的影響,是衝擊地壓預防的關鍵[1,2]。
2衝擊地壓的分類及其發生和破壞的特點
衝擊地壓是一種複雜的礦山動力現象。其形成的力學環境、發生的地點、宏觀和微觀上的顯現形態多種多樣,衝擊破壞強度和所造成的破壞程度也各不相同。由於衝擊地壓發生的機理存在不同的理論,有各自不同的發生條件和判別準則。客觀上不同礦井的衝擊地壓的成因和顯現特征也不同,即使同一礦井,由於地質構造(變化)、開采條件和開采方法的差異,也使得衝擊地壓的成因、性質、特征、震源部位和破壞程度不同。綜上所述,衝擊地壓存在不同的種類,不能用同一機理去解釋不同衝擊地壓的成因和現象,更不能用單一方法或措施去預測和防治衝擊地壓。通過對我國衝擊地壓嚴重的礦井進行案例03manbetx
,綜合衝擊地壓案例研究成果,將衝擊地壓分為巷道發生的衝擊地壓與工作麵發生的衝擊地壓兩類。
(1)掘進衝擊地壓發生的條件和破壞的特點
掘進衝擊地壓發生在掘進工作麵推進的過程中。其中,在原始應力場中掘進煤巷發生衝擊的條件是:
1)煤層強度較高、含水率低,加壓時發生脆性破壞,即有“衝擊傾向性”。
2)巷道圍岩中的應力達到衝擊破壞的極限。在單一重力應力場條件下達到這一極限的“臨界開采深度”,一般在700-800m以上。對於存在構造應力的原始應力場,在開采深度超過500-600m的厚煤層中掘進,即有可能出現頂煤衝擊破壞的02manbetx.com
。
在受采動影響的應力場中掘進巷道,發生衝擊地壓的煤層條件和應力極限要求與原始應力場中掘進的巷道一樣。但考慮極限應力實現的條件時,不能再隻是簡單的與原始應力的性質大小和相應的開采深度聯係在一起。相反必須把掌握不同開采深度和不同采動條件下,重新分布的應力場特征及其形成和發展規律放在首要的地位。
(2)回采衝擊地壓發生條件和破壞的特點
回采衝擊地壓發生在回采工作麵推進的過程中。回采衝擊地壓發生的條件是:煤層具有“衝擊破壞的傾向”,煤層和上覆岩層中積聚的應力和彈性,能達到足以產生衝擊震動和圍岩破壞的極限。回采工作麵衝擊地壓的力(能)源,包括煤層在大麵積懸露的上覆岩層壓力作用下被壓縮彈性能,和高強度大厚度堅硬頂板彈性彎曲變形儲存的彈性能。煤層埋藏深度及由高強度堅硬頂板所決定懸露麵積愈大,相應的能級將愈高。
采動誘發和頂板自身裂斷破壞誘發和釋放的能量愈高,波及的範圍將愈大,工作麵及相臨巷道中的衝擊破壞也將愈嚴重。
回采工作麵推進過程中發生的衝擊地壓,包括工作麵采動或老頂裂斷誘發煤層壓縮彈性能釋放及處於大麵積彈性彎曲狀態的厚煤層堅硬頂板裂斷,造成的衝擊地壓兩種類型。