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冲击矿压影响因素和防治
冲击矿压影响因素和防治
【摘 要】冲击矿压是煤矿重大灾害之一,随着煤矿采深的增加,矿井发生冲击地压的机率也大大增加,冲击矿压是岩石力学中的疑难问题,通常是由煤岩体的原岩应力受采掘活动破坏,在受场周围的岩体积聚能量达到极限强度后突然释放,导致煤岩层瞬时破坏,产生的压力将煤岩抛向巷道或采场,同时发生强烈声响,造成煤岩体振动和煤岩体破坏,同时破坏巷道支护,引发或可能引发其他矿井灾害,如瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾,干扰通风系统,严重时,严重时造成人员伤亡,地面震动或建筑物破坏等。因此,加大对冲击地压的研究,优化开采设计,是矿井安全管理的一项重要内容。
【关键词】冲击矿压;影响因素;防治措施
一、冲击地压的突出特点
1.突然性。冲击地压发生前,一般没有明显预兆,突然发生过程短暂,很难在事发前确定发生的地点、强度和时间。
2.冲击强度大。煤岩体内所积聚的弹性因突然释放所产生冲击波非常强大。伴有巨大的声响和强烈的震动,造成电机车等重型设备被移动或歪斜,人员站立不稳被弹起或被冲击波冲倒,震动波及范围可达几千米甚至几十千米,一般震动持续时间不会超过几十秒。
3.破坏严重。冲击地压发生时,常导致顶板下沉、底板突起或两帮煤岩体塌落。据事故现场观测,冲击地压造成煤帮抛射性塌落,多发生在煤帮上部到顶板的一段,越靠近顶板塌落越深,强烈冲击时,塌落深度可达1.5m~2.0m。在煤岩体浅部发生冲击时煤体发生移动,煤体移动时在顶板接触面上留有明显的冲击擦痕。底板鼓起导致导轨扭曲变形。冲击地压发生后,冲击源附近巷道会变形严重时,甚至被堵死。
4.复杂性。在煤层赋存条件上,除褐煤以外的各煤种均冲击记录,开采深度在200m以下,地质条件划分从简单到复杂,煤层厚度从薄到厚,煤层倾角从水平到急倾斜,顶板岩性砂岩、灰岩、页岩等都发生过冲击矿压。回采工艺不论水平、炮采、机采、综采全部垮落法或水力充填等各种采煤工艺都发生过冲击地压。
随着,开采深度的增加,矿井的开采条件越来越复杂,冲击地压所造成的矿井灾害也日趋严重。所以深入探讨发生冲击地压的影响因素,有针对性地采取预测和预防措施是十分必要的。
二、发生冲击矿压的影响因素
1.开采深度因素。随着采深的延伸,煤层承受上部岩层的压力越来越大,煤层及其围岩的应力越来越高,冲击地压的发生频率逐渐增加。就开采技术条件而论,任何一个发生冲击地压的矿井都存在发临界深度的问题,不同地质与开采条件的冲击地压其临界深度不同,我国煤矿的条件下,发生冲击矿压的最小采深为200m~540m,平均380m。700m时发生冲击矿压的次数大大高于400m时的次数。
2.开采条件因素。顶板岩层结构,特别是煤层上方坚硬,厚层砂岩顶板是影响冲击矿压发生的主要因素之一,其主要原因是坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在坚硬顶板破断过程中或滑移过程中,大量的弹性能突然释放,形成强烈震动,导致冲击矿压发生。煤层厚度对发生冲击矿压也有影响,煤层越厚,发生冲击矿压越多,越强烈。煤的湿度也有影响作用。因为煤层含水后,可使煤层的弹性减小,强度降低。塑性增加,能减缓发生冲击矿压的危险。煤岩结构及性能也是冲击地压影响的主要因素。坚硬、厚层、整体性强的顶板(老顶),易形成冲击地压;直接顶厚度适中、与老顶组合性好、不易冒落,冲击危险较大;煤的强度高、弹性模量大、含水量低、变质程度高、暗煤比例大,一般冲击倾向较强。
3.地质构造因素。实践证明,地质构造如褶曲、断裂、煤层倾角及厚度突然变化等也影响冲击地压的发生。宽缓向斜轴部易于形成冲击地压;断裂如是一个开采边界,若回采方向朝向断层面,则冲击危险增加;煤层倾角和厚度局部突然变化地带,实际是局部地质构造应力积聚地带,因而极易发生冲击地压。
4.开采技术对冲击矿压的影响。冲击矿压大多数发生在巷道(72.6%),采场则较少(27.4%)。残采区和停采线对冲击矿压发生影响较大。从统计结果看,89%的冲击矿压发生在残采区,停采线,断层区域或煤层超采的地方。(1)开采设计和开采顺序。当在几个煤层中同时布置几个采面时,采面的布置方式和开采顺序将强烈影响煤岩体内的应力分布。冲击矿压经常出现在采面向采空区推进时;在距采空区15m~40m的应力集中区内掘进巷道;两个采面相向推进时及两个近距离煤层中的两个采面同时开采时。(2)上覆煤层工作面停采线和煤柱的影响。上覆煤层工作面的停采线和煤柱形成的应力集中对下部煤层造成了很大的威胁,是冲击矿压得危险性有很大的增加。(3)采空区的影响。当工作面接近已有的采空区,其距离为20m~30m时,冲击矿压危险性随之增加。(4)开采区域的影响。在煤层开采面积增加的情况下,岩体的震动能量也随之增加。研究表明,当开采面积为3万m2时,释放的单位面
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