煤矿冲击矿压强度的弱化控制机理技术总结.docVIP

技术研究 石家庄中煤杯参评论文 煤矿冲击矿压强度的弱化控制机理 陆菜平1,2 窦林名1,2 [1-中国矿业大学 矿业工程学院；2-中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221116] 摘 要 煤矿冲击矿压的防治是国际岩石力学与工程界的一大难题，主要原因在于缺乏有效的理论指导以及治理效果的综合检验技术。论文以不同组合类型的组合煤岩试样为研究对象，利用Disp-24声电测试系统、TDS-6微震采集系统、FLAC数值模拟软件的Dynamic模块以及理论建模的综合研究方法，研究了组合煤岩试样冲击倾向性的演变规律，揭示了组合煤岩试样冲击破坏过程中的声电以及微震效应，模拟分析了影响组合煤岩体冲击效应的关键因素。结果表明：组合煤岩试样中各组件的力学强度参数、冲击倾向性指数与声电以及微震信号的强度之间呈正相关关系。即组合煤岩体中顶底板以及煤样的强度、顶板的整体性厚度以及矿震的扰动能量对于煤岩体的冲击效应具有显著影响。依据煤岩体变形破坏的冲能原理，建立了冲击矿压强度的弱化控制原理。该原理已经在我国10多个具有冲击危险的矿区进行了应用，取得了预期的效果。 关键词 采矿工程 冲击矿压 组合煤岩 弱化控制 机理 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 引 言 人类的采矿活动必然造成煤岩体应力的重新分布和破裂损伤，伴随着采动效应，将会诱发煤岩体的震动破坏（矿震）。煤矿煤岩动力灾害的发生往往与已知的人工开挖过程具有特定的联系。如果采动损伤效应极大地改变围岩的渗透性，将会导致顶板、断层带或底板突水并造成安全事故；如果采动损伤效应造成煤岩体内部积聚大量冲能的瞬间释放，将会诱发冲击矿压；如果采动损伤效应造成煤岩体的卸压，将会直接或间接导致煤与瓦斯异常涌出（突出）甚至瓦斯爆炸灾害。例如，国家安全生产监督管理总局通过现场调查取证，获得了2005年“2.14”阜新矿难瓦斯突出与矿震冲击相关的确凿证据，结论被正式写入孙家湾瓦斯爆炸事件国务院调查专家组的调查报告[1]。 因此，弱化和控制冲击矿压的强度对于矿震的治理、煤与瓦斯突出（瓦斯爆炸）以及煤矿突水等其他动力性灾害的防治具有重要的借鉴意义。 目前，岩石力学与工程界对于冲击矿压的研究主要集中在三个领域：冲击矿压的机理、冲击矿压的预测预报以及治理技术。对于冲击矿压机理的研究，最初Obert 和Duvall认为冲击矿压的发生是应力超过岩石的抗压强度。Cook[2]、Vardoulakis[3]、Dyskin[4]、Z. H. CHEN[5]等人分别从构造应力、煤岩体微裂纹的扩展以及变形破裂过程中的声发射效应等角度进行了探索。但上述机理的研究对象均为单一的煤（岩）试样，无法全面地揭示冲击矿压的本质，且没有考虑到顶板、煤体和底板三者之间的相互作用机制对煤体冲击效应的影响。 对于冲击矿压的预测，目前主要采用如微震、声发射系统及电磁辐射等无损监测手段。受载岩体产生低能级声发射在1930年首次被两位美国煤炭工业局的研究人员Obert和Duvall[6]所发现。受载材料断裂产生电磁辐射在1933年首次被观测到。许多其他研究人员相继进行了该项研究。目的就是揭示不同的电磁辐射特征。何学秋、窦林名以及王恩元等[7-9]先后将电磁辐射应用于煤与瓦斯突出及冲击矿压等煤岩动力灾害的预测预报。但无论微震、声发射还是电磁辐射系统都面临冗长监测数据的有效识别与分析、背景噪声的有效过滤，特别是单一监测手段预测准确率较低的难题，很难真正实现冲击矿压的预测。 当前，对于冲击矿压的治理进行了大量的研究，如BaoYao Tang[10]提出了深井硬岩冲击矿压的评估和控制问题，开发了三维有限元程序模拟工作面卸压爆破引起的破裂区域，用来评估卸压爆破的治理效果。李成全[11]提出了冲击矿压防治的高压水射流煤层割缝卸压新技术，实现工作面煤体的超前卸压。高明仕[12]基于震动波在不同介质中传播的衰减规律，提出了冲击性巷道的强弱强控制机理。窦林名等[13]提出了煤岩体的强度弱化减冲原理。但上述研究并没有从影响煤岩体冲击效应的关键因素以及强度弱化前后冲能的演变规律，建立冲击矿压强度的弱化控制理论模型，特别是没有建立弱化效果的综合检验技术。 综上，冲击矿压作为一种特殊的矿压显现，准确预测其发生的时间非常困难，就像地震预报一样。在任何情况下，必须强调时间只是冲击矿压预测的一个部分，更重要的是要监测潜在的危险区域，以及弱化解危。在绝大多数情况下，更