東榮一礦1.2Mta新井設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】,含CAD圖紙+文檔,東榮一礦,mta,設(shè)計(jì),cad,圖紙,文檔 專(zhuān) 題 部 分 專(zhuān)題部分 煤礦沖擊礦壓及防治措施 摘要：沖擊礦壓作為煤巖動(dòng)力災(zāi)害之一，越來(lái)越受到煤礦行業(yè)的關(guān)注，尤其是隨著各個(gè)礦井開(kāi)采深度的增加，沖擊礦壓現(xiàn)象更是屢見(jiàn)不鮮。對(duì)于沖擊礦壓的監(jiān)測(cè)我們有很多方法，如鉆卸法、微震監(jiān)測(cè)技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)、電磁輻射技術(shù)等等。由于沖擊礦壓具有突然性、瞬時(shí)性、破壞性的特征，對(duì)于沖擊礦壓的發(fā)生機(jī)理仍沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，本文從沖擊礦壓的特征，發(fā)生條件以及影響沖擊礦壓的因素出發(fā)，研究了沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理以及各種防治技術(shù)，并提出了自己的理解。 關(guān)鍵詞：沖擊礦壓；控制技術(shù)；監(jiān)測(cè)；防治； 1 問(wèn)題的提出 由于發(fā)生沖擊礦壓的時(shí)間、地點(diǎn)、區(qū)域、震源等的隨機(jī)性、復(fù)雜多樣性和突發(fā)性，使得沖擊礦壓的監(jiān)測(cè)和控制工作變得極為困難和復(fù)雜。沖擊礦壓的防治是世界范圍內(nèi)地下煤礦開(kāi)采普遍存在的難題，也是我國(guó)礦山亟待解決的重大課題。因此，研究沖擊礦壓的監(jiān)測(cè)與控制是煤礦安全、經(jīng)濟(jì)開(kāi)采的前提，也是采礦工作者必須面對(duì)和應(yīng)該解決的問(wèn)題。沖擊礦壓作為煤巖動(dòng)力災(zāi)害，有記載的第一次發(fā)生于1738年英國(guó)南史塔福煤田。200多年來(lái)。其危害幾乎追布世界各采礦國(guó)家。英國(guó)、德國(guó)、南非、波半、的蘇聯(lián)、捷克、加拿大、日本、法國(guó)以及中國(guó)等20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)都記錄有沖擊礦壓現(xiàn)象。我國(guó)煤礦沖擊礦壓災(zāi)害極為嚴(yán)重。我國(guó)最早自1933年撫順勝利礦發(fā)生沖擊礦壓以來(lái)，先后在北京、遼源、通化、阜新、北票、棗莊、大同、開(kāi)灤、天府、南桐、徐州、大屯等礦務(wù)局部相繼發(fā)生過(guò)沖擊礦壓現(xiàn)象。目前，我國(guó)有近60對(duì)礦井累計(jì)發(fā)生過(guò)4000多次沖擊礦壓，造成數(shù)以百計(jì)的人負(fù)傷，巷道破壞達(dá)30多公里。由于沖擊礦壓有如此巨大的破壞力，造成這么大的經(jīng)濟(jì)損失，因此如何預(yù)測(cè)和防治沖擊礦壓以及認(rèn)清沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理對(duì)減輕沖擊礦壓的破壞具有非常重要的作用。 2 國(guó)內(nèi)外沖擊礦壓現(xiàn)狀 2.1 國(guó)外現(xiàn)狀 沖擊礦壓是世界采礦業(yè)面臨的共同問(wèn)題。1738年英國(guó)在世界上首先報(bào)道了沖擊礦壓現(xiàn)象。之后，前蘇聯(lián)、南非、德國(guó)、波蘭、美國(guó)、加拿大、日本、法國(guó)、印度、捷克、匈牙利、保加利亞、典地利、新西蘭和安哥拉等都記錄了沖擊礦壓。目前，有包括我國(guó)在內(nèi)的20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)都有沖擊礦壓．這一事實(shí)表明，世界上幾乎所有采礦國(guó)家都不同程度地受到?jīng)_擊礦壓的威脅。煤礦沖擊礦壓災(zāi)害最嚴(yán)重而且防治工作最有成效的國(guó)家是前蘇聯(lián)、波蘭和德國(guó)。 2.1.1 前蘇聯(lián) 前蘇聯(lián)的沖擊礦壓最早于1947年發(fā)生在吉謝羅夫礦區(qū)。此后共有9個(gè)礦區(qū)出現(xiàn)了沖擊礦壓?jiǎn)栴}。 發(fā)生沖擊礦壓的一般條件是：初始深度為400-1860 m．煤0.5-20m．在各種傾角、各個(gè)煤種(包括褐煤)中都記錄到?jīng)_擊礦壓現(xiàn)象、多數(shù)情況下頂板為堅(jiān)硬砂巖，也有一些煤田是破碎頂板。開(kāi)采技術(shù)條件涉及到刀柱式或長(zhǎng)壁式等開(kāi)采方法；充填或垮路等頂板管理方法；整層或分層開(kāi)采情況。 自1951年起，全蘇地質(zhì)力學(xué)及礦山測(cè)量研究院以及其他研究單位和高等院校等幾十個(gè)單位配合國(guó)家技術(shù)監(jiān)察部門(mén)與生產(chǎn)單位一起著手解決煤礦的沖擊礦壓?jiǎn)栴}。經(jīng)過(guò)25年的努力，基本上形成了一整套防治沖擊礦壓的組織管理系統(tǒng)，并制定了有關(guān)技術(shù)規(guī)程，發(fā)展并逐步完善了一整套行之有效的防治措施和預(yù)報(bào)方法，取得了良好效果，沖擊次數(shù)大為減少。1955-l977年沖擊危險(xiǎn)礦井?dāng)?shù)出8個(gè)增至36個(gè)、而年沖擊次數(shù)則由83次降至7次。1980年以后又降至5—6次。 在前蘇聯(lián)金屬礦，沖擊礦壓的頻度比煤礦要小得多，其主要形式為巖石彈射、震動(dòng)和微沖擊。開(kāi)始出現(xiàn)的深度為川300-700 m，主要巖石種類(lèi)為輝綠巖、正長(zhǎng)巖、花崗巖、凝灰?guī)r以及鐵礦石、鋁土礦石、銅礦石、鉀鹽礦石等，平均單向抗壓強(qiáng)度100—250MPa，最低25—30MPa。前蘇聯(lián)金屬礦防治沖擊礦壓的基本措施原則上同煤礦的沒(méi)有差別。 2.1.2 波蘭 波蘭有三個(gè)井工礦開(kāi)采煤田：上西里西亞、下西里西亞和魯布林。產(chǎn)量的98％來(lái)自上西里西亞煤田。該煤田中煤的強(qiáng)度為10—35MPa．煤層厚0.5—20 m(一般1.5—3．5m)，傾角0-45(一般5—15)．平均采深600 m．頂板大都為堅(jiān)硬砂巖。長(zhǎng)壁工作面產(chǎn)量占99％，其中70％為垮落法開(kāi)采。其余為水砂充填。工作面平均長(zhǎng)150 m，日產(chǎn)1300-1400t商品煤。機(jī)械化程度96.2％，其中綜采站83.7％。 沖擊礦壓是波蘭煤礦重大災(zāi)害之一，最早記載于1958午。目前開(kāi)采的400號(hào)、500號(hào)、600號(hào)、700號(hào)和800號(hào)煤層組中45％以上的煤層有沖擊礦壓傾向，其中500號(hào)煤層組最為嚴(yán)重。開(kāi)始發(fā)生沖擊礦壓災(zāi)害的平均采深約為400m，隨著采深的增加，沖擊礦壓危險(xiǎn)越來(lái)越嚴(yán)重。沖擊礦壓強(qiáng)度一般為105-109J，最大是1011J。1949-1982年，共發(fā)生破壞性沖擊礦壓3097次，造成死亡401人，井巷破壞13萬(wàn)m。 波蘭很重視沖擊礦壓?jiǎn)栴}．早在20世紀(jì)60年代初期就著手大力開(kāi)展科學(xué)研究和防治工作。煤層的沖擊傾向?qū)嶒?yàn)室測(cè)定和井下測(cè)定是波蘭學(xué)者首先倡導(dǎo)并大力發(fā)展的。此外，在將巖體聲學(xué)以及地震法用于礦山?jīng)_擊危險(xiǎn)探測(cè)和監(jiān)測(cè)方面，居世界領(lǐng)先地位。由于采取綜合防治措施，保證了安全，促進(jìn)了生產(chǎn)。 2.1.3 德國(guó) 魯爾礦區(qū)是德國(guó)的主要產(chǎn)煤區(qū)，也是發(fā)生沖擊礦壓的主要礦區(qū)。1910-1978年間共記載了危害性沖擊礦壓283次，有沖擊傾向或危險(xiǎn)的煤層20余個(gè)，其中底克班克、陽(yáng)光和依達(dá)煤層具有最強(qiáng)的沖擊傾向，其抗壓強(qiáng)度l0-20MPa，煤種為長(zhǎng)焰煤、氣煤和肥煤等。沖擊礦壓發(fā)生深度590—1100 m，其中850-1000 m沖擊礦壓數(shù)占75%左右，最大拋出量2000m3。發(fā)生沖擊礦壓的煤厚為1-6m，其中主要為1.5-2m，傾角4-44°。 在德國(guó)，產(chǎn)生沖擊礦壓的煤層頂板絕大部分是5—40 m較厚的砂巖或其他堅(jiān)硬巖層，因而，認(rèn)為砂巖頂板是沖擊礦壓危險(xiǎn)煤層的主要標(biāo)志。 德國(guó)是防治沖擊礦壓較有成效的國(guó)家，其主要的工作點(diǎn)在于實(shí)用。由德國(guó)所發(fā)展的鉆孔卸載法、鉆屑法以及其他方法在國(guó)際上享有較高聲譽(yù)。 2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 我國(guó)最早記錄的沖擊礦壓現(xiàn)象于1933年發(fā)生在撫順勝利煤礦，當(dāng)時(shí)的開(kāi)采深度為200 m左右。從1949年以來(lái)．已發(fā)生破壞性沖擊礦壓4000多次，震級(jí)Ml＝0.5-3.8級(jí)，造成大量巷迫破壞和慘重的人員傷亡，近年來(lái)．我國(guó)一些金屬礦山、水電與鐵路隧道工程也出現(xiàn)了巖爆現(xiàn)象。 我國(guó)煤礦發(fā)生沖擊礦壓有如下特征： (1)突然性。沖擊礦壓發(fā)生前沒(méi)有明顯的征兆．突然、猛烈。 (2)多樣性。煤層沖擊、頂板沖擊、底板沖擊等兩三種沖擊的組合。 (3)破壞性。片幫和煤炭拋出，頂板突然下沉、底鼓、破壞巷道支護(hù)，造成人員傷亡等。 (4)在各種采礦和地質(zhì)條件下均發(fā)生過(guò)沖擊礦壓。 除了褐煤煤層外．我國(guó)煤礦的其他各種煤層均發(fā)生過(guò)沖擊礦壓．而且采深從200—1000 m，煤層厚度從薄到厚。煤層傾角從緩到急，各種頂板條件如砂巖、頁(yè)巖、石灰?guī)r等均發(fā)生過(guò)沖擊礦壓。我國(guó)煤礦發(fā)生沖擊礦壓的典型條件為：初始深度200--600 m，煤的單向抗拉強(qiáng)度10-30MPa，頂板一般為厚10-40m的堅(jiān)硬砂巖、強(qiáng)度100-600MPa。 然而，具體分析起來(lái)，我國(guó)沖擊礦壓發(fā)生的條件極為復(fù)雜。從自然地質(zhì)條件來(lái)看，除褐煤以外的各煤種都記錄到了沖擊現(xiàn)象，采深從200一800 m，地質(zhì)構(gòu)造從極簡(jiǎn)單至極復(fù)雜．煤層從薄到特厚，傾角從水平到急傾斜，頂板包括砂巖、灰?guī)r、油淥頁(yè)巖等部發(fā)生過(guò)；從生產(chǎn)技術(shù)條件來(lái)看，水采、水砂充填、綜采、炮采、機(jī)采、手采等各種工藝，長(zhǎng)壁、短壁、巷柱、傾斜分層、水平分層、倒臺(tái)階、房柱式等各種方法都出現(xiàn)了沖擊現(xiàn)象。 1949年以前我國(guó)發(fā)生沖擊礦壓的礦井只有1—2個(gè)，50年代增加為7個(gè)，60年代為12個(gè)，70年代為22個(gè)，目前達(dá)50個(gè)。而隨著開(kāi)采深度的增加、開(kāi)采范圍的擴(kuò)大，近年來(lái)雖然采取了不少措施，但全國(guó)礦井?dāng)?shù)和總的沖擊次數(shù)并未減少?？梢?jiàn)，我國(guó)沖擊礦壓的防治工作任務(wù)其為艱巨，具有現(xiàn)實(shí)的迫切性和長(zhǎng)遠(yuǎn)的重大意義。 綜上所述，世界采礦業(yè)發(fā)少?zèng)_擊礦壓的歷史已近250年之久，近30年來(lái)，沖擊礦壓所造成的破壞后果日益嚴(yán)重，引起了各國(guó)的注意。沖擊礦壓的研究已成為礦山壓力學(xué)科中與現(xiàn)代科學(xué)聯(lián)系最密切的一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科分支。 3 沖擊礦壓誘因、特征及其分類(lèi) 3.1 誘因 ①采礦活動(dòng)誘發(fā)。 在回采過(guò)程中，因回采工作面不斷擴(kuò)大，頂板懸露的面積逐漸增大，達(dá)到一定跨度后，其彎曲下沉而形成的勢(shì)能也逐漸加大，使頂板處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，爆破落煤及回采作業(yè)使頂板原有的相對(duì)平衡狀態(tài)發(fā)生破壞，同時(shí)爆破作業(yè)又對(duì)煤體或頂?shù)装瀹a(chǎn)生一定的震動(dòng)沖擊，并在爆破孔周?chē)纬勺杂擅?，爆破能?duì)煤體或頂?shù)装瀹a(chǎn)生的壓應(yīng)力被煤體和頂?shù)装逦蘸?，原本處于亞穩(wěn)定狀態(tài)的煤體和頂?shù)装?，必然將自重產(chǎn)生的勢(shì)能加上吸收的動(dòng)能以加速度的形式尋找新的平衡，即產(chǎn)生新的動(dòng)能，受壓應(yīng)力影響區(qū)域的煤體或頂?shù)装咫S即產(chǎn)生反抗性，當(dāng)新的動(dòng)能超過(guò)煤巖體的最大抵抗值時(shí)，必然在自由面相對(duì)較多的弱面釋放，使煤體產(chǎn)生急劇破壞，形成沖擊礦壓事故。 ②堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)的影響。 工作面回采后，隨著工作面的推進(jìn)，頂板因自重緩慢彎曲下沉，由于工作面煤壁的支撐作用，在緩慢彎曲下沉及折斷垮落過(guò)程中完成了由勢(shì)能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，并作用在靠近采空區(qū)的支固點(diǎn)處(未采動(dòng)的煤壁)，使靠近工作面的煤壁內(nèi)產(chǎn)生大的應(yīng)力集中，在集中應(yīng)力的作用下，煤體內(nèi)固有的三向應(yīng)力平衡狀態(tài)被改變，工作面煤壁內(nèi)的煤體在尋找新的平衡時(shí)，因集中的應(yīng)力遠(yuǎn)大于煤體的支承能力，加上工作面或巷道存在的自由面無(wú)法有效約束煤體的內(nèi)部活動(dòng)，從而使煤體在瞬間由煤體向工作面或巷道內(nèi)迅速拋出，形成沖擊礦壓事故。 ③(孤島)煤柱區(qū)域形成高應(yīng)力區(qū)的影響。 在回采過(guò)程中，自切眼開(kāi)始，隨著工作面的推進(jìn)，靠近工作面的煤壁因頂板自重應(yīng)力的作用，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，此應(yīng)力并經(jīng)過(guò)煤體向底板內(nèi)傳遞，而在回采過(guò)程中形成的孤島煤柱，其相臨采空區(qū)的煤壁均因應(yīng)力集中而出現(xiàn)疊加的集中應(yīng)力現(xiàn)象，使整個(gè)煤柱成為一個(gè)極大的壓應(yīng)力源，一旦集中應(yīng)力遠(yuǎn)大于煤體的承載極限，就極容易發(fā)生沖擊礦壓。 3.2 特征 沖擊礦壓是壓力超過(guò)煤巖體的強(qiáng)度極限．聚積在巷道周?chē)簬r體中的能量突然釋放，在井巷發(fā)生爆炸性事故．動(dòng)力將煤巖拋向巷道，同時(shí)發(fā)出強(qiáng)烈聲響。造成煤巖體振動(dòng)和煤巖體破壞、支架與設(shè)備損壞、人員傷亡、部分巷道垮落破壞等。沖擊礦壓還會(huì)引發(fā)或可能引發(fā)其他礦井災(zāi)害，尤其是瓦斯、煤塵爆炸、火災(zāi)以及水災(zāi)，干擾通風(fēng)系統(tǒng)等。 沖擊礦壓具有如下明顯的顯現(xiàn)特征： ①突發(fā)性。沖擊礦壓一般沒(méi)有明顯的宏觀前兆而突然發(fā)生、難于爭(zhēng)先準(zhǔn)確確定發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度。 ②瞬時(shí)震動(dòng)性。沖擊礦壓發(fā)生過(guò)程急劇而短暫，像爆炸一樣伴有巨大的聲響和強(qiáng)烈的震動(dòng)，電機(jī)車(chē)等重型設(shè)備被移動(dòng)，人員被彈起摔倒，震動(dòng)波及范圍可達(dá)兒公里甚至幾十公里．地面有地震感覺(jué)，但一般震動(dòng)持續(xù)時(shí)間不超過(guò)幾十秒。 ②巨大破壞性。沖擊礦壓發(fā)生時(shí)，頂板可能有瞬間明顯下沉，但一般并不冒落；有時(shí)底板突然開(kāi)裂鼓起甚至接頂；常常有大量煤塊甚至上百立方米的煤體突然破碎并從煤壁拋出，堵塞巷道，破壞支架，從后果來(lái)看沖擊礦壓常常造成慘重的人員傷亡和巨大的生產(chǎn)損失。 3.3 分類(lèi) 根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)、顯現(xiàn)強(qiáng)度、發(fā)生的地點(diǎn)和位置的不同，沖擊礦壓有如下幾種分類(lèi)方法。 根據(jù)原巖(煤)體應(yīng)力狀態(tài)不同，沖擊礦壓可分為三類(lèi) ①重力型沖擊礦壓。主要受重力作用，沒(méi)有或只有極小構(gòu)造應(yīng)力影響的條件下引起的沖擊礦壓，如棗莊、撫順、開(kāi)灤等礦區(qū)發(fā)生的沖擊礦壓屬重力型。 ②構(gòu)造應(yīng)力型沖擊礦壓。若構(gòu)造應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)巖層自重應(yīng)力時(shí)，主要受構(gòu)造應(yīng)力的作用引起的沖擊礦壓，如北票和天池礦區(qū)發(fā)生的沖擊礦壓屬于構(gòu)造應(yīng)力型。 ③中間型或重力構(gòu)造型沖擊礦壓。它是受重力和構(gòu)造應(yīng)力的共同作用引起的沖擊礦壓。 (2) 根據(jù)沖擊的顯現(xiàn)強(qiáng)度，可分為四類(lèi)： ①?gòu)椛?。一些單個(gè)碎塊從處于高壓應(yīng)力狀態(tài)下的煤或巖體上射落，并伴有強(qiáng)烈聲響，屬于微沖擊現(xiàn)象。 ②礦震。它是煤、巖內(nèi)部的沖擊礦壓，即深部的煤或巖體發(fā)生破壞。但煤、巖并不向已宋空間拋山、只有片幫或塌落現(xiàn)象，但煤或巖體產(chǎn)生明顯震動(dòng)．伴有巨大聲響，有時(shí)產(chǎn)生煤塵。較弱的礦震稱(chēng)為微震，也稱(chēng)為“煤炮”。 ③弱沖擊。煤或巖石向已采空間拋出，但破壞性不很大，對(duì)支架、機(jī)器和設(shè)備基本上沒(méi)有損壞，圍巖產(chǎn)生震動(dòng)，一般震級(jí)在2．2級(jí)以下，伴有很大聲響，產(chǎn)生煤塵，在瓦斯煤層中可能有大量瓦斯涌出。 ④強(qiáng)沖擊。部分煤或巖石急劇破碎，大量向已采空間拋出，出現(xiàn)支架折損、設(shè)備移動(dòng)和圍巖震動(dòng)。震級(jí)在2．3級(jí)以上，伴有巨大聲響，形成大量煤塵和產(chǎn)生沖擊波。 (3)根據(jù)震級(jí)溫度和考慮拋出的煤量，可將沖擊礦壓，分為三級(jí)： ①輕微沖擊(1級(jí))。拋出煤量在10t以下，震級(jí)在1級(jí)以下的沖擊礦壓； ②中等沖擊(級(jí))拋出煤量在10-50 t，震級(jí)在1—2級(jí)的沖擊礦壓； ③強(qiáng)烈沖擊(級(jí))。拋出煤量在50t以上，震級(jí)在2級(jí)以上的沖擊礦壓； 膠面波震級(jí)M＝1時(shí)，礦區(qū)附近居民可能有震感；M＝2時(shí)．對(duì)井上下有不同程度的破壞；M＝2．5時(shí)，地面建筑物將出現(xiàn)破壞現(xiàn)象。 (4)根據(jù)發(fā)生的地點(diǎn)和位置沖擊礦壓可分為兩大類(lèi)． ①煤體沖擊，發(fā)生在煤體內(nèi)，根據(jù)沖擊深度和強(qiáng)度又分為表面、淺部和深部沖擊。 ②圍巖沖擊，發(fā)生在頂?shù)装鍘r層內(nèi)，根據(jù)位置有頂板沖擊和底板沖擊。 4 沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理 長(zhǎng)期以來(lái)，沖擊礦壓作為巖石力學(xué)的重大難題之一，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)注的重要研究課題。沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理十分復(fù)雜，是一個(gè)正在深入研究的問(wèn)題、更是關(guān)注的焦點(diǎn)。各國(guó)學(xué)者在對(duì)沖擊礦壓現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查從實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，從不同角度相繼提出了一系列的重要理論，如強(qiáng)度理論、剛度理論、能量理論、．沖擊傾向理論、三準(zhǔn)則理論和變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論等。20世紀(jì)60年代以后，在對(duì)沖擊礦壓的研究中，人們逐漸認(rèn)識(shí)到?jīng)_擊礦壓是裂紋擴(kuò)展及變形局部化導(dǎo)致的失穩(wěn)現(xiàn)象與具有裂隙的各向異性巖石介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)和圍巖在外加載荷作用下應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的演化與失穩(wěn)密切相關(guān)。 沖擊礦壓是壓力超過(guò)煤巖體的強(qiáng)度極限，聚積在巷道周?chē)簬r體中的能量突然釋放．在井巷發(fā)生爆炸性事故，動(dòng)力將煤巖拋向巷道。同時(shí)發(fā)出強(qiáng)烈聲響，造成煤巖體振動(dòng)和煤巖體破壞、支架與設(shè)備損壞、人員傷亡、部分巷道垮落破壞等。沖擊礦壓還會(huì)引發(fā)或可能引發(fā)其它礦井災(zāi)害，尤其是瓦斯、煤塵爆炸、火災(zāi)以及水災(zāi)，干擾通風(fēng)系統(tǒng)等。 沖擊礦壓的發(fā)生需要滿(mǎn)足能量條件、剛度條件和沖擊傾向性條件。這些條件可用煤層和頂?shù)装宓膭偠葋?lái)說(shuō)明。當(dāng)煤層和頂?shù)装宓膭偠染笥诹悖瑒t煤巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)煤層的剛度小丁零，但煤層和頂?shù)装宓膭偠戎痛笥诨虻仁悖畡t煤巖體處于亞穩(wěn)定或靜態(tài)破壞狀態(tài)；當(dāng)煤層和頂?shù)装宓膭偠戎托∮诹銜r(shí)，煤巖體將產(chǎn)生劇烈破壞，發(fā)生沖擊礦壓。 4.1 強(qiáng)度理論 早期的強(qiáng)度理論主要涉及煤(巖)體的破壞原因。認(rèn)為井巷和采場(chǎng)周?chē)a(chǎn)個(gè)應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到煤〔巖)強(qiáng)度的極限時(shí)．煤(巖)體突然發(fā)生破壞，形成沖擊外壓：并對(duì)煤（巖)體形成應(yīng)力集中的原因提出各種假說(shuō)．如20世紀(jì)30年代末的拱頂理論和懸臂梁理論等等。近代強(qiáng)度理論以“礦體 圍巖”系統(tǒng)為研究對(duì)象．其主要特點(diǎn)是考慮“礦體一圍巖”系統(tǒng)的極限平衡；認(rèn)為煤(巖)體的承載能力應(yīng)是“煤體-圍巖”系統(tǒng)的強(qiáng)度．導(dǎo)致煤(巖)體破壞的決定因素不僅僅是應(yīng)力值大小、而是它與巖體強(qiáng)度的比值。 4.2 剛度理論 剛度理論是由Cook等人根據(jù)剛性壓力機(jī)理論而得到的。該理論認(rèn)為：礦山結(jié)構(gòu)的剛度大于礦山負(fù)載系統(tǒng)的剛度是發(fā)生沖擊礦壓的必要條件。近年來(lái)Pdukhov在他所提出的沖擊礦壓機(jī)理模型中也引入了剛度條件。但他進(jìn)一步將礦山結(jié)構(gòu)的剛度明確為達(dá)到峰值強(qiáng)度后其裁荷-變形曲線(xiàn)下降的剛度。在剛度理論中，如何確定礦山結(jié)構(gòu)剛度是否達(dá)到峰值強(qiáng)度后的剛度是一難題，它不能由試驗(yàn)測(cè)定。數(shù)值方法可能是有效途徑之一，但目前的結(jié)果仍稱(chēng)在一定的偏羌．需要開(kāi)展進(jìn)一步的研災(zāi)工作。 4.3 能量理論 能量理論從能量轉(zhuǎn)化角度解釋沖力礦壓的戊因，是沖擊礦壓機(jī)理研究的一大進(jìn)步。該理論認(rèn)為礦體圍巖系統(tǒng)在其力學(xué)平衡狀態(tài)遭破壞所釋放的能量大于所消耗的能量時(shí)發(fā)生沖擊礦壓。20世紀(jì)70年代Brauner提出沖卡礦壓的能量判據(jù)，該判據(jù)考慮樂(lè)能量釋放與時(shí)間因素的相關(guān)性。其后，吳耀混等對(duì)此加以補(bǔ)充修正．引入空間坐際系統(tǒng)以說(shuō)明沖擊礦壓發(fā)生的條件應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足能量釋放的時(shí)間效應(yīng)和空間效應(yīng)。 沖擊發(fā)生的能量源分析全義重要。Pet Mkh c認(rèn)為沖擊能量由被破壞的煤(巖)積蓄的能量和鄰接于煤柱或煤(巖)層邊緣部分的彈性變形能所組成、即從外部流人的能量賦予沖擊礦壓以動(dòng)力。 剩余能量理論認(rèn)為剩余能量的存在是圍巖動(dòng)力失穩(wěn)的力學(xué)原因，該理論20世紀(jì)70年代由美國(guó)人提出，其后得到了進(jìn)一步的發(fā)展相應(yīng)用。 能量理論說(shuō)明礦體-圍巖系統(tǒng)在力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，釋放的能量大于消耗的能量，沖擊礦壓就可能發(fā)生，僅沒(méi)有說(shuō)明平衡狀態(tài)的性質(zhì)及其破壞條件，特別是圍巖釋放能量的條件，因此，沖擊礦壓的能量理論判據(jù)尚缺乏必要條件 4.4 沖擊傾向性理論 沖擊傾向性是指煤(巖)介質(zhì)產(chǎn)生沖擊破壞的固有能力或?qū)傩?。?巖)體沖擊傾向性是產(chǎn)生沖擊礦壓的必要條件。沖擊傾向理論是波蘭和前蘇聯(lián)學(xué)者提出的，我國(guó)學(xué)者在這方面作了大量的工作，提出用煤樣動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間、彈性能指數(shù)、沖擊能指數(shù)三項(xiàng)指標(biāo)綜合判別煤的沖擊傾向的試驗(yàn)方法。此外，在試驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理及綜合評(píng)判等研究中取得了一定的進(jìn)展。 沖擊傾向理論的另一重要方面是項(xiàng)板沖擊傾向性的研究，而且也越來(lái)越引起人們的重視。這方面的研究包括頂板彎曲能指標(biāo)和長(zhǎng)壁開(kāi)采方式下頂板斷裂引起的煤層沖擊等。 顯然，用一組沖擊傾向指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)煤(巖)體本身的沖擊危險(xiǎn)具有實(shí)際意義，并已得到了廣泛的應(yīng)用。然而，沖擊礦壓的發(fā)生與采掘和地質(zhì)環(huán)境有關(guān)，而且實(shí)際的煤(巖)物理力學(xué)性質(zhì)隨地質(zhì)開(kāi)采條件不同而有很大差異，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的結(jié)果往往不能完全代表各種環(huán)境下的煤(巖)性質(zhì)，這也給沖擊傾向理論的應(yīng)用帶來(lái)了局限性。 4.5 穩(wěn)定性理論 穩(wěn)定性理論應(yīng)用于沖擊礦壓?jiǎn)栴}最早可追溯到20世紀(jì)60年代初期Ncvillecook的研究。剛性試驗(yàn)機(jī)的出現(xiàn)使人們可以獲得受壓巖石的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)．得到巖石峰后變形的描述，從而可以研災(zāi)采動(dòng)巖體的平衡以及這種平衡的穩(wěn)定性。Lippnlnnn將沖擊礦壓處理為彈塑性極限靜力平衡的失穩(wěn)現(xiàn)象．進(jìn)一步又提出煤層沖擊的“初等理論”，同—時(shí)而在采場(chǎng)周?chē)纬蓱?yīng)力集中．煤(巖)體內(nèi)高應(yīng)力區(qū)局部形成應(yīng)變軟化介質(zhì)與尚未形成應(yīng)變軟化(包括彈性和應(yīng)變硬化)的介質(zhì)處丁非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，在外界擾動(dòng)下的動(dòng)力失穩(wěn)，形成沖擊礦壓，提出沖擊礦壓的失穩(wěn)理論，并得到了初步的應(yīng)用。 4.6 目前研究現(xiàn)狀 在目前的研究中，以斷裂力學(xué)和穩(wěn)定性理論為基礎(chǔ)的圍巖近表面裂紋的擴(kuò)展規(guī)律、能量耗散和局部圍巖穩(wěn)定性研究備受關(guān)注大量研究表明裂紋的擴(kuò)展方向受最大壓應(yīng)力方向控制，圍壓對(duì)裂紋的擴(kuò)展起限制作用。vardolakis研究指出近自由表而的裂紋一旦開(kāi)始擴(kuò)展，將失去穩(wěn)定，導(dǎo)致表面局部屈曲，臨界屈曲應(yīng)力隨自由表面與裂紋間距離的減小而急劇減小Dyskm對(duì)壁面附近裂紋擴(kuò)展方式及裂紋貫穿后的壁而穩(wěn)定進(jìn)行了分析，認(rèn)為壓應(yīng)力集中造成初始裂紋以穩(wěn)定的方式平行于最大壓應(yīng)力方向擴(kuò)展．這種擴(kuò)展與自由表面相互作用加速了裂紋的增長(zhǎng)并最終導(dǎo)致失穩(wěn)擴(kuò)展，裂紋面出現(xiàn)分離，分離層屈曲破壞形成沖擊礦壓。并建立了一個(gè)二維裂紋擴(kuò)展模型以計(jì)算非穩(wěn)定裂紋起裂點(diǎn)的應(yīng)力大小。BAzant等分析了近壁裂紋擴(kuò)展引起的能量耗散及尺度效應(yīng)，使對(duì)沖擊礦壓的能量估算成為可能。張曉春等在這方面結(jié)合實(shí)際情況對(duì)近表向裂紋擴(kuò)展、壁面局部穩(wěn)定性作了初步的研究．探討了煤礦巷道附近圍巖層裂區(qū)的形成和破壞機(jī)理，通過(guò)理論分析和試驗(yàn)?zāi)M，建立了煤礦片幫型沖擊礦壓發(fā)生的層裂板結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞模型，認(rèn)為巷道或采場(chǎng)壁面的局部穩(wěn)定是出高應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)形成的層裂板結(jié)構(gòu)區(qū)的穩(wěn)定控制的，沖擊刃’壓是煤逐形成的層裂板結(jié)構(gòu)區(qū)的局部壓屈。齊慶新等在煤與巖石以及煤層之間摩擦滑動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，考察了煤礦沖擊礦壓煤巖層間結(jié)構(gòu)粘滑失穩(wěn)機(jī)制。 材料破壞的分叉理論是沖擊礦壓研究的一個(gè)重要方而，vardmllakM和Deborst等作了以系列的工作，并在數(shù)值計(jì)算上采用粘塑性、塑性應(yīng)變梯度和Cosscrat介質(zhì)理論的本構(gòu)關(guān)系等，以求實(shí)現(xiàn)對(duì)破壞失穩(wěn)部位的預(yù)測(cè)。 近年來(lái)，突變理論在沖擊礦壓研究中也取得了一系列的進(jìn)展。這包括：針對(duì)煤柱的非穩(wěn)定問(wèn)題，利用尖角突變模型，得到了判斷煤(巖)柱沖擊礦壓發(fā)生的必要條件和充分條件；分析水平力和垂直力控制的空間煤(省)體系統(tǒng)失穩(wěn)的分叉集以及出于它們變化而導(dǎo)致煤巖體狀態(tài)突變的過(guò)程。這些研究在煤巖體的本構(gòu)關(guān)系方面采用線(xiàn)性(彈性)和非線(xiàn)性(應(yīng)變軟化、損傷)模型。 5 沖擊礦壓影響因素 5.1 開(kāi)采深度 我們知道，隨著開(kāi)采深度的增加，煤層中的自重應(yīng)力隨之增加，煤巖體中聚積的彈性能也隨之增加。理論上講，煤層在采深為H且無(wú)采動(dòng)影響的三向應(yīng)力狀態(tài)下其應(yīng)力為： 則煤體中的體積變形聚積的彈性能為 形狀變形而聚集的彈性能為： 若煤層中的形變能全部用于煤體的塑性變形，體變能全部用于破壞煤和使其運(yùn)動(dòng)，則： 式中 設(shè)煤的單向抗壓強(qiáng)度為Rc，則破碎單位體積煤塊所需能量U1為： 假設(shè)巷道周邊煤體處于雙向受力狀態(tài)，則所需能量比U1要大，現(xiàn)用一系數(shù)K0(K0＞1)來(lái)表達(dá)，則破碎單位體積煤塊的能量U2為： 若Uv≧U2就可能發(fā)生沖擊礦壓，這樣就可求得發(fā)生沖擊礦壓的初始采深H為： 統(tǒng)計(jì)分析表明，開(kāi)采深度越大，沖擊礦壓發(fā)生的可能性也越大：開(kāi)采深度與沖擊礦壓發(fā)生次數(shù)的多少，有如圖4.1的關(guān)系(波蘭煤礦情況，橫坐標(biāo)為采深，縱坐標(biāo)為沖擊指數(shù)W，即開(kāi)采百萬(wàn)噸煤炭的沖擊礦壓次數(shù))。考慮到安全界限．可以確定．當(dāng)深度H＜350 m時(shí)，沖擊礦壓不會(huì)發(fā)生；當(dāng)深度350m＜H＜500 m時(shí)，在一定程度上危險(xiǎn)逐步增加。從500m開(kāi)始，隨著開(kāi)采深度的增加，沖巒礦壓的危險(xiǎn)性急劇增長(zhǎng)。從圖中可以看出，當(dāng)開(kāi)采深度為800m時(shí)，沖擊指數(shù)Wt＝0.57，比在深度Eoo nt(Wt＝0.04)增加了14倍。而從Wt＝f(H)的曲線(xiàn)趨勢(shì)看，當(dāng)開(kāi)采深度非常大時(shí)(1200-1500m)沖擊指數(shù)的梯度將會(huì)減?。渲禃?huì)非常高。 圖4.1 采深與沖擊礦壓的關(guān)系 5.2 煤巖的力學(xué)特征 生產(chǎn)實(shí)踐與試驗(yàn)研究均表明： （1）在一定的圍巖與壓力條件下．任何煤層中的巷道或工作面均有可能發(fā)生沖擊礦壓。 （2）煤的強(qiáng)度越高。引發(fā)沖擊礦壓所要求的應(yīng)力越小，反過(guò)來(lái)說(shuō)，若煤的強(qiáng)度越小，要引發(fā)沖擊礦壓．就需要比硬煤高得多的應(yīng)力。 （3）煤的沖擊傾向性是評(píng)價(jià)煤層沖擊性的特征參數(shù)之—。 對(duì)煤的沖擊傾向性評(píng)價(jià)，主要采用煤的沖擊能量指數(shù)和彈性能量指數(shù)，即：沖擊能量指數(shù)： Ke≧5 強(qiáng)沖擊傾向 1.5≦Ke﹤5 中等沖擊傾向 Ke﹤1.5 弱沖擊傾向 彈性能量指標(biāo) Wet≧5 強(qiáng)沖擊傾向 2≦Wet﹤5 中等沖擊傾向 Wet﹤2 弱沖擊傾向 5.3項(xiàng)板巖層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 研究表明．頂板巖層結(jié)構(gòu)．特別是煤層上方堅(jiān)硬、厚層砂巖頂板是影響沖擊礦壓發(fā)生的主要因素之一．其主要原因是堅(jiān)硬厚層砂巖頂板容易聚積大量的彈性能。在堅(jiān)硬頂板破斷或滑移過(guò)程中，大量的彈性能突然釋放，形成強(qiáng)烈震動(dòng)，導(dǎo)致頂板煤層型(沖擊壓力型)沖擊礦壓或頂板型(沖擊型)沖擊礦壓。 5.4煤層厚度及其變化 根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，沖擊危險(xiǎn)程度與煤層厚度及其變化緊密相關(guān)。煤層越厚，沖擊礦壓發(fā)生得越多，越強(qiáng)烈。圖4.2和圖4.3為硯石臺(tái)礦統(tǒng)計(jì)的煤層厚度及其變化與沖擊礦壓之間的關(guān)系。 圖4.2煤層厚度與沖擊礦壓的關(guān)系 圖4.3煤層厚度與拋煤量的關(guān)系 5.5煤層分叉的影響 某礦630水平的工作區(qū)域內(nèi)．510煤層分為504和510煤層，其間的間距在開(kāi)采工作區(qū)域內(nèi)從無(wú)增加到15m。該結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，造成了煤層和頂板條件的變化，從而引起了沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的變化。圖4.4介紹了構(gòu)造變化區(qū)域內(nèi)E/W(生產(chǎn)單位體積的煤所釋放的能量）的分布規(guī)律。 圖4.4構(gòu)造變化區(qū)域內(nèi)E/W的分布 5.6 斷層的影響 實(shí)踐證明，沖擊礦壓經(jīng)常發(fā)生在向斜軸部，特別是構(gòu)造變化區(qū)、斷層附近、煤層傾角變化帶、煤層摺曲、構(gòu)造應(yīng)力帶。例如．龍鳳礦在向斜軸部準(zhǔn)備工作面時(shí)．經(jīng)常發(fā)生沖擊礦壓。 當(dāng)巷道接近斷層或向斜軸部時(shí)，沖擊礦壓發(fā)生的次數(shù)明顯上升，而且強(qiáng)度加大。例如在龍風(fēng)50次沖力礦壓中，36次(72％)與斷層有關(guān)。 62％是巷道接近斷層時(shí)發(fā)生的，14％是巷道處于斷層線(xiàn)附近，而只有10％是在巷道離開(kāi)斷層時(shí)發(fā)生的。其中34%發(fā)生在巷道距斷層5—20mm范圍內(nèi)的：圖4.5為沖擊礦壓次數(shù)與巷道距斷層距離之間的關(guān)系。 圖5.5沖擊礦壓次數(shù)與巷道距斷層距離之間的關(guān)系 實(shí)踐農(nóng)明．相當(dāng)一部分震動(dòng)集中在斷層附近。其中在斷層的上盤(pán)開(kāi)采時(shí)的震動(dòng)能量大于斷層下盤(pán)開(kāi)采時(shí)的震動(dòng)能量。在向斜部分開(kāi)采時(shí)，震動(dòng)也很強(qiáng)烈。 在斷層和向斜附近震動(dòng)集中的原因是地殼的運(yùn)動(dòng)形成的殘余構(gòu)造應(yīng)力。該應(yīng)力與開(kāi)采引起的應(yīng)力集中疊加的位置即為巖體震動(dòng)的位置。 5.7 褶曲的影響 我們知道褶曲是巖層在水平應(yīng)力擠壓下形成的，這種褶曲大部分在沉積巖層中形成。研究表明，當(dāng)溫度相對(duì)較低時(shí)沉積巖擠壓形成流動(dòng)呈褶皺而不產(chǎn)生破裂(斷層)，這可以認(rèn)為是壓力溶解蠕變起了重要作用，即當(dāng)差異應(yīng)力作用于巖石時(shí)，礦物在高應(yīng)力區(qū)溶解，而在低應(yīng)力區(qū)沉積，結(jié)果是巖石變形。 一般情況下，對(duì)于巷道及回采工作面來(lái)說(shuō)，在褶曲的各個(gè)部位，出現(xiàn)的危險(xiǎn)性是不一樣的，如圖4.6所示，I區(qū)，褶曲向斜部分，這部分其應(yīng)力，垂直為壓力，水平為拉力、最容易出現(xiàn)冒頂和沖擊礦壓；Ⅱ區(qū)沼曲翼。這部分的應(yīng)力．垂直和水平均為壓力，最易出現(xiàn)沖擊礦壓；Ⅲ區(qū)榴曲背斜．其應(yīng)力狀態(tài)為垂直拉力，水平壓力，這部分也是最大礦山壓力區(qū)域。 圖4.6褶曲部分的受力狀態(tài)及危險(xiǎn)性 5.8 開(kāi)采設(shè)計(jì)和開(kāi)采順序 當(dāng)在幾個(gè)煤層中同時(shí)布置幾個(gè)工作面時(shí)工作面的布置方式和開(kāi)采順序?qū)?qiáng)烈影響煤巖體內(nèi)的應(yīng)力分布。 礦井中，沖擊礦壓經(jīng)常出現(xiàn)在： （1）工作面向老塘推進(jìn)時(shí)； （2）在距采空區(qū)15-40 m的應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)掘進(jìn)巷道 （3）兩個(gè)工作面相向推進(jìn)時(shí)； （4）兩個(gè)近距離煤層中的兩個(gè)工作面同時(shí)開(kāi)采時(shí)。 5.9 上覆煤層工作面停采線(xiàn)的影響 上覆煤層工作面的停采線(xiàn)形成的應(yīng)力集中對(duì)下部煤層造成了很大的威協(xié)，使沖擊礦壓的危險(xiǎn)性有很大的增加。如果我們定義E/W為觀測(cè)范圍內(nèi)單位生產(chǎn)煤量所產(chǎn)生的震動(dòng)能量(J/t)，則上覆煤層的停采線(xiàn)對(duì)回采工作面的推進(jìn)過(guò)程中影響的E/W指標(biāo)值如圖4.7所示。其中504、501煤層距510煤層分別為40 m和64m。當(dāng)510煤層的下山經(jīng)過(guò)上覆煤層的停采線(xiàn)時(shí)，E/W指標(biāo)的變化清楚、詳細(xì)地表明了沖擊礦壓危險(xiǎn)性增加的區(qū)域。 圖4.7巷道過(guò)上層停采線(xiàn)時(shí)E/W分布圖 5.10 上覆煤層殘采區(qū)的影響 圖4.8采面過(guò)上層殘采區(qū)時(shí)E/W分布圖 圖4.8介紹了工作面通過(guò)上覆煤層殘采區(qū)時(shí)的E/W指標(biāo)值的變化曲線(xiàn)。圖中416煤層的殘采區(qū)距501煤層70m。圖中表明了殘采區(qū)范圍內(nèi)震動(dòng)的活動(dòng)性和沖擊礦壓的危險(xiǎn)性，該區(qū)域內(nèi)最大的沖擊能量力2.2×106J。以上表明，殘采區(qū)對(duì)下部煤層的開(kāi)采影響很大，沖擊礦壓的危險(xiǎn)性大幅度增加。 5.11 采空區(qū)的影響 圖4.9介紹了采煤工作面接近來(lái)空區(qū)的E/W指標(biāo)值的分布規(guī)律。圖4.10介紹了鄰近工作面的采空區(qū)對(duì)該工作面的影響。從圖上可以看出，當(dāng)工作面接近已有的采空區(qū)，其距離為20-30m時(shí)，沖擊礦壓的危險(xiǎn)件隨之增加，如果工作面的旁邊有上一區(qū)段的采空區(qū)，該采空區(qū)也使得沖擊礦壓的危險(xiǎn)性增加，危險(xiǎn)發(fā)生的最大位置在距煤柱10m左右。 圖4.9 采面接近舊采空區(qū)時(shí)E/W分布 圖4.10 鄰近采空區(qū)對(duì)開(kāi)采工作面得影響 5.12 老巷的影響 圖4.11介紹了工作面過(guò)同煤層老巷時(shí)E/W指標(biāo)值的變化規(guī)律。從圖中可以看出，當(dāng)工作曲接近老巷約15m左右時(shí)，沖擊礦壓的危險(xiǎn)性最大。 圖4.11 采面過(guò)老巷時(shí)E/W分布 5.13 開(kāi)采區(qū)域的影響 在煤層開(kāi)采面積增加的情況下．巖體的震動(dòng)能量也隨之增加。研究表明，當(dāng)開(kāi)采面積為3ha時(shí)，釋放的單位面積的震動(dòng)能量為最大。圖4.12表示了釋放的總地震能與工作面開(kāi)采面積之間的關(guān)系。該采面采高為2.5m。 圖4.12 總能量與開(kāi)采面積之間的關(guān)系圖 6 沖擊礦壓的監(jiān)測(cè) 6.1 煤巖沖擊破壞的監(jiān)測(cè)原理 大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、模擬研究均表明,煤巖等固體脆性材料在載荷作用下,其變形破壞特征為脆性沖擊破壞;沖擊破壞具有突發(fā)性和延時(shí)性;沖擊破壞過(guò)程中內(nèi)部將產(chǎn)生塑性變形或裂紋,當(dāng)裂紋形成和擴(kuò)展時(shí),將瞬態(tài)釋放應(yīng)變能而產(chǎn)生彈性波. 伴隨著這種現(xiàn)象,將會(huì)有聲發(fā)射產(chǎn)生;同樣當(dāng)煤巖體等材料受載變形破裂時(shí),將會(huì)產(chǎn)生向外以電磁能的形式釋放彈性能的現(xiàn)象. 伴隨著這種現(xiàn)象,將會(huì)有電磁輻射產(chǎn)生。因此可建立煤巖等固體脆性材料變形破壞的彈塑脆性體模型來(lái)描述上述煤巖等固體脆性材料變形破壞特征以及在其變形破壞過(guò)程中聲發(fā)射和電磁輻射耦合規(guī)律. 而煤巖體的變形破壞程度可采用巖石的損傷因子來(lái)描述. 巖石的損傷因子D( t) 的增長(zhǎng)過(guò)程與聲發(fā)射和電磁輻射的能量釋放緊密相關(guān).一般情況下,煤巖體在受載條件下,變形破壞時(shí)能量的變化ΔU 可由下式來(lái)確定 ΔU =σ·Δε =σ(ε2 - ε1 ) , (1) 而且設(shè)破壞程度的損壞因子與變形呈線(xiàn)性關(guān)系 ε = C1 D - C0 , (2) 則ΔU =σ[ ( C1 D2 - C0 ) - ( C1 D1 - C0 ) ]. (3) 由此,得ΔU 與損傷因子的增量?D ( t) = D( t2 )- D( t1 ) 成正比,也即 ?D ( t) ∝ U′∝ u( t) ∝ε′, (4) 即如果σ為常數(shù),而且D ∝ε,則在彈脆性場(chǎng)中出現(xiàn)破壞時(shí),破壞速率表現(xiàn)在瞬間能量u( t) 的釋放中. 煤巖體的破壞情況可通過(guò)瞬間能量的釋放表現(xiàn)出來(lái), 即產(chǎn)生聲發(fā)射和電磁輻射.對(duì)于煤礦井下的煤巖體,其沖擊破壞是能量的聚積和快速釋放的結(jié)果. 但在生產(chǎn)實(shí)踐中,確定沖擊破壞的發(fā)生是非常困難的,必須首先建立煤巖沖擊破壞預(yù)測(cè)準(zhǔn)則。 根據(jù)彈塑脆性模型,當(dāng)煤巖體上所受的應(yīng)力超過(guò)了其強(qiáng)度極限,或者當(dāng)煤巖體的變形超過(guò)了最大變形時(shí),煤巖體就破壞. 如果ε( t) 是觀測(cè)到的實(shí)際變形值,則危險(xiǎn)程度Wε ( t) 將由下式確定 Wε ( t) = 0 , 　ε( t) <ε0 , 0 ≤Wε ( t) =ε( t) - ε0 ερ - ε0 ≤1 , 　ε( t) ≥ε0 .(5) 式(5) 即為煤巖體沖擊破壞的判別準(zhǔn)則.由煤巖損傷、變形破壞即能量釋放的分析可知,煤巖變形破壞的變化率與聲發(fā)射、電磁輻射的能量釋放率成正比. 因此聲發(fā)射或電磁輻射確定煤巖破壞的危險(xiǎn)程度可采用同樣的方式. 即 0 ≤W n ( t) =N ( t) - N0 Nρ - N0 ≤1 , N ( t) ≥ N0 , (6) 式中　N0 , N1 , N ( t) 分別表示初始、極限和t 時(shí)刻的礦震或電磁輻射事件數(shù)(脈沖數(shù)) 。 6.2 沖擊礦壓分級(jí)預(yù)測(cè)技術(shù) 6.2.1 時(shí)空預(yù)測(cè) 在時(shí)間上,沖擊礦壓的預(yù)測(cè)分早期綜合分析預(yù)測(cè)和即時(shí)預(yù)測(cè). 早期綜合分析預(yù)測(cè)主要采用綜合指數(shù)的方法,而即時(shí)預(yù)測(cè)則采用電磁輻射、微震和鉆屑等方法進(jìn)行。在空間上,沖擊礦壓的預(yù)測(cè)分區(qū)域預(yù)測(cè)、局部預(yù)測(cè)和點(diǎn)預(yù)測(cè). 區(qū)域預(yù)測(cè)主要采用綜合指數(shù)法和微震監(jiān)測(cè)方法,而局部預(yù)測(cè)采用綜合指數(shù)方法、微震法和電磁輻射法,點(diǎn)預(yù)測(cè)則采用鉆屑方法.也就是采用綜合指數(shù)法、微震法、電磁輻射法和鉆屑法相結(jié)合,在時(shí)間上從早期預(yù)測(cè)到即時(shí)預(yù)測(cè),在空間上從區(qū)域預(yù)測(cè)到局部、點(diǎn)預(yù)測(cè),逐級(jí)排除和確認(rèn)沖擊礦壓危險(xiǎn),實(shí)現(xiàn)分級(jí)預(yù)測(cè),見(jiàn)圖5.1. 圖5.1 　沖擊礦壓危險(xiǎn)的時(shí)空預(yù)測(cè) 1) 早期與區(qū)域局部預(yù)測(cè)的綜合指數(shù)法 綜合指數(shù)法就是通過(guò)對(duì)影響沖擊礦壓發(fā)生的地質(zhì)及開(kāi)采因素的分析,以及100 多次已發(fā)生沖擊礦壓事故的分析,確定出采掘工作面周?chē)刭|(zhì)條件和開(kāi)采條件的每個(gè)因素對(duì)沖擊礦壓的影響程度,以及各個(gè)因素對(duì)沖擊礦壓危險(xiǎn)影響的指數(shù)。 通過(guò)綜合分析,形成了沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定的綜合指數(shù)法。 綜合指數(shù)法既是一種早期綜合評(píng)價(jià)的方法,又是一種區(qū)域和局部預(yù)測(cè)的方法。這種綜合指數(shù)法分地質(zhì)因素確定的沖擊礦壓危險(xiǎn)程度和開(kāi)采因素確定的沖擊礦壓危險(xiǎn)程度. 地質(zhì)因素確定沖擊危險(xiǎn)主要考慮了沖擊礦壓發(fā)生的情況、開(kāi)采深度、地質(zhì)構(gòu)造、堅(jiān)硬頂板、頂板厚度特征參數(shù)、煤的沖擊傾向性、煤的強(qiáng)度等7 個(gè)因素。 開(kāi)采因素確定沖擊危險(xiǎn)主要考慮了開(kāi)采技術(shù)條件、開(kāi)采歷史、煤柱、停采線(xiàn)、采空區(qū)、工作面接近煤層的變化帶、工作面接近斷層皺曲等12 個(gè)開(kāi)采因素對(duì)沖擊礦壓發(fā)生的影響。 對(duì)于一個(gè)礦井的采區(qū)和工作面,首先分析礦井的地質(zhì)與開(kāi)采因素對(duì)沖擊礦壓的影響,然后采用綜合指數(shù)法,分析確定礦井的水平、采區(qū)、工作面各部分的沖擊礦壓危險(xiǎn)指數(shù),劃分出沖擊礦壓的危險(xiǎn)區(qū)域和重點(diǎn)防治區(qū)域。 2) 即時(shí)與區(qū)域預(yù)測(cè)的微震法 微震法就是記錄采礦震動(dòng)的能量,確定和分析震動(dòng)的方向,對(duì)震中進(jìn)行定位。 在此基礎(chǔ)上,提出了沖擊礦壓危險(xiǎn)性的微震分級(jí)預(yù)測(cè)技術(shù)。微震預(yù)測(cè)沖擊礦壓危險(xiǎn)時(shí),主要采用礦震時(shí)釋 放能量的大小來(lái)確定沖擊礦壓發(fā)生的危險(xiǎn)程度. 當(dāng)?shù)V井的某個(gè)區(qū)域監(jiān)測(cè)到礦震釋放的能量大于發(fā)生沖擊礦壓的所需的最小能量時(shí),則該區(qū)域的當(dāng)前時(shí)間內(nèi)有發(fā)生沖擊礦壓的危險(xiǎn)性. 如果在礦井的某個(gè)區(qū)域內(nèi),在一定的時(shí)間內(nèi),已進(jìn)行了微震監(jiān)測(cè),根據(jù)觀測(cè)到的微震能量水平,就可以捕捉到?jīng)_擊礦壓危險(xiǎn)信息,并進(jìn)行預(yù)測(cè). 3) 即時(shí)與局部預(yù)測(cè)的電磁輻射法 根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析研究、理論分析表明,煤巖沖擊變形破壞的損傷速度、能量與電磁輻射的幅值、脈沖數(shù)成正比。在工作面采掘過(guò)程中,圍巖發(fā)生破裂時(shí),均有 電磁輻射信號(hào)產(chǎn)生。電磁輻射信號(hào)的強(qiáng)度隨著圍巖受載程度的增大而增強(qiáng),隨變形速率的增加而增強(qiáng)。 與此同時(shí),煤巖體電磁輻射的脈沖數(shù)隨著載荷的增大及變形破裂過(guò)程的增強(qiáng)而增大. 載荷越大,加載速率越大,煤體的變形破裂越強(qiáng)烈,電磁輻射信號(hào)也越強(qiáng)。 根據(jù)上述理論及電磁輻射觀測(cè)規(guī)律,可采用電磁輻射的幅值和脈沖數(shù)變化率確定沖擊礦壓的危險(xiǎn)前兆信息和進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。 4) 即時(shí)與點(diǎn)預(yù)測(cè)的鉆屑法 鉆屑法是通過(guò)在煤層中打直徑42～50 mm 的鉆孔,根據(jù)排出的煤粉量及其變化規(guī)律和有關(guān)動(dòng)力效應(yīng),鑒別沖擊危險(xiǎn)的一種方法。該方法的基本理論和最初試驗(yàn)始于20 世紀(jì)60 年代,其理論基礎(chǔ)是鉆出煤粉量與煤體應(yīng)力狀態(tài)具有定量的關(guān)系,即其他條件相同的煤體,當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)不同時(shí),其鉆孔的煤粉量也不同。 當(dāng)單位長(zhǎng)度的排粉率增大或超過(guò)標(biāo)定值時(shí),表示應(yīng)力集中程度增加和沖擊危險(xiǎn)性提高。 對(duì)于一定條件的煤體,在正常應(yīng)力作用下,不同鉆孔深度的煤體的應(yīng)力狀態(tài)是不同的,此時(shí)鉆孔的煤粉量也不相同。 當(dāng)煤層的應(yīng)力集中程度增加或應(yīng)力狀態(tài)異常時(shí),鉆孔的煤粉量將發(fā)生改變。 根據(jù)煤粉量的變化,即可預(yù)測(cè)煤體的受力狀態(tài),并進(jìn)一步預(yù)測(cè)沖擊危險(xiǎn)性。 6.2.2 沖擊礦壓危險(xiǎn)性的分級(jí)預(yù)測(cè) 上述時(shí)空預(yù)測(cè)的綜合指數(shù)法、微震法、電磁輻射法和鉆屑法分別確定了沖擊礦壓的危險(xiǎn)性程度。綜合指數(shù)法分析的是早期的、區(qū)域和局部的沖擊礦壓危險(xiǎn)性程度;微震法確定的是頂板等震動(dòng)引發(fā)沖擊等的即時(shí)與區(qū)域性的沖擊礦壓危險(xiǎn)性程度,電磁輻射法確定的是監(jiān)測(cè)點(diǎn)20 m 范圍內(nèi)即時(shí)與局部的沖擊礦壓危險(xiǎn)性程度,而鉆屑法確定的則是打鉆孔點(diǎn)的即時(shí)沖擊礦壓危險(xiǎn)性。沖擊礦壓危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的方法不同,確定的沖擊礦壓危險(xiǎn)性的時(shí)間和區(qū)域不同。 由于沖擊礦壓的發(fā)生有煤層型和頂板型,為了提高沖擊礦壓預(yù)測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性,需要綜合考慮沖擊礦壓危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)技術(shù)。 根據(jù)理論分析、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),按照沖擊礦壓的危險(xiǎn)性程度,我們將沖擊礦壓的危險(xiǎn)程度定量化分為4 級(jí)進(jìn)行預(yù)測(cè),分別為無(wú)沖擊危險(xiǎn)、弱沖擊危險(xiǎn)、中等沖擊危險(xiǎn)和強(qiáng)沖擊危險(xiǎn).根據(jù)沖擊礦壓危險(xiǎn)性的不同,采取相應(yīng)的防治對(duì)策,如表5.1 所示： 表5.1 　沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的分級(jí) 危險(xiǎn)等級(jí) 危險(xiǎn)狀態(tài) 危險(xiǎn)指數(shù) 防治對(duì)策 A 無(wú) < 0.25 所有的采掘工作可正常進(jìn)行 B 弱 0.25～0.5 采掘工作過(guò)程中,加強(qiáng)沖擊礦壓危險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào) C 中等 0.5～0.75 進(jìn)行采掘工作的同時(shí),采取強(qiáng)度弱化減沖治理措施,消除沖擊危險(xiǎn) D 強(qiáng) > 0.75 停止采掘作業(yè),人員撤離危險(xiǎn)地點(diǎn). 采取強(qiáng)度弱化減沖治理措施. 采取措施后,通過(guò) 監(jiān)測(cè)檢驗(yàn),沖擊危險(xiǎn)消除后,方可進(jìn)行下一步作業(yè) 6.2.3 危險(xiǎn)分級(jí)預(yù)測(cè)實(shí)施方案 對(duì)于一個(gè)有沖擊礦壓危險(xiǎn)的礦井和采區(qū),首先根據(jù)綜合指數(shù)法分析地質(zhì)和開(kāi)采條件,劃分出沖擊礦壓危險(xiǎn)區(qū)域及重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域,實(shí)現(xiàn)沖擊礦壓的早期預(yù)測(cè)。 在早期預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上,采用微震法,對(duì)礦井沖擊礦壓的危險(xiǎn)性進(jìn)行區(qū)域監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè);對(duì)于有危險(xiǎn)的區(qū)域,采用微震法和電磁輻射法,進(jìn)行局部監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè);對(duì)于局部預(yù)測(cè)有危險(xiǎn)的區(qū)域,采用鉆屑法進(jìn)行預(yù)測(cè)驗(yàn)證. 綜合確定沖擊礦壓危險(xiǎn)等級(jí),并對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域和地點(diǎn)采用強(qiáng)度弱化減沖技術(shù)進(jìn)行治理。 具有沖擊礦壓危險(xiǎn)的區(qū)域,分級(jí)預(yù)測(cè)及治理的工作流程為： →早期綜合預(yù)測(cè)(綜合指數(shù)法確定重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域) →即時(shí)預(yù)測(cè) →區(qū)域預(yù)測(cè)(微震法連續(xù)監(jiān)測(cè)、即時(shí)預(yù)測(cè)工作面區(qū)域沖擊危險(xiǎn)性) →局部預(yù)測(cè)(微震法、電磁輻射法連續(xù)監(jiān)測(cè)、即時(shí)預(yù)測(cè)工作面局部沖擊危險(xiǎn)性) →點(diǎn)預(yù)測(cè)(鉆屑法驗(yàn)證區(qū)域局部監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性,并進(jìn)行點(diǎn)預(yù)測(cè)) →逐級(jí)排除、確認(rèn)危險(xiǎn)等級(jí) →解危處理(煤巖體的強(qiáng)度弱化減沖治理,消除沖擊危險(xiǎn)) →治理效果檢驗(yàn)(微震、電磁、鉆屑檢驗(yàn)解危效果) 因此,對(duì)于沖擊礦壓危險(xiǎn)的礦井,在分析沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理的的基礎(chǔ)上,采用時(shí)間上早期綜合分析預(yù)測(cè)與即時(shí)預(yù)測(cè)相結(jié)合,空間上區(qū)域預(yù)測(cè)與局部監(jiān)測(cè)、點(diǎn)預(yù)測(cè)相結(jié)合,構(gòu)成可靠性高、簡(jiǎn)單易行、行之有效的沖擊礦壓危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)技術(shù)體系,見(jiàn)圖5.2。 圖5.2 　沖擊礦壓的分級(jí)預(yù)測(cè)技術(shù)體系 7 沖擊礦壓的控制技術(shù) 沖擊礦壓防治作為一種控制系統(tǒng)，根據(jù)時(shí)機(jī)、對(duì)象和目的的不同，可以把控制劃分為預(yù)先控制、現(xiàn)場(chǎng)控制和成果控制三種類(lèi)型。本節(jié)著重介紹前兩種控制。 7.1 沖擊礦壓預(yù)先控制技術(shù) 7.1.1 合理的布置和開(kāi)采方式 開(kāi)采煤層群時(shí)，開(kāi)拓布置應(yīng)有利于解放層開(kāi)采。首先開(kāi)采無(wú)沖擊危險(xiǎn)或沖擊危險(xiǎn)小的煤層作為解放層，且優(yōu)先開(kāi)采上解放層。 ①應(yīng)保證合理開(kāi)采順序，最大限度地避免 形成煤柱等應(yīng)力集中區(qū)。由于煤柱承受的壓力很高，特別是島形或半島形煤柱，要承受幾個(gè)方面的疊加應(yīng)力，因而最易產(chǎn)生沖擊礦壓。上層遺留的煤柱還會(huì)向下傳遞集中壓力，達(dá)相當(dāng)大的深度，導(dǎo)致下部煤層開(kāi)采時(shí)也易發(fā)生沖擊礦壓。 ②采區(qū)的采面應(yīng)朝一個(gè)方向推進(jìn)，避免相向開(kāi)采，以免應(yīng)力疊加。因?yàn)橄嘞虿擅簳r(shí)上山煤柱逐漸減小，支承壓力逐漸增大，很容易引起沖擊礦壓。 ③在地質(zhì)構(gòu)造等特殊部位，應(yīng)采取能避免或減緩應(yīng)力集中和疊加的開(kāi)采程序。在向斜和背斜構(gòu)造區(qū)，應(yīng)從軸部開(kāi)始回采;在構(gòu)造盆地應(yīng)從盆底開(kāi)始回采;在有斷層和采空區(qū)的條件下，應(yīng)采用從斷層或采空區(qū)開(kāi)始回采的開(kāi)采程序。 ④有沖擊危險(xiǎn)的煤層的開(kāi)拓或準(zhǔn)備巷道、永久硐室、主要上(下)山、主要溜煤巷和回風(fēng)巷應(yīng)布置在底板巖層或無(wú)沖擊危險(xiǎn)煤層中，以利于維護(hù)和減小沖擊危險(xiǎn)?；夭上锏缿?yīng)盡可能避開(kāi)支承壓力峰值范圍，采用寬巷掘進(jìn)，少用或不用雙巷或多巷同時(shí)平行掘進(jìn)。對(duì)于首采區(qū)的回采槍眼應(yīng)躲開(kāi)高應(yīng)力集中區(qū)，選在采空區(qū)附近的壓力降低區(qū)為好。 ⑤開(kāi)采有沖擊危險(xiǎn)的煤層，應(yīng)采用不留煤柱垮落法管理頂板的長(zhǎng)壁開(kāi)采法。回采線(xiàn)盡量是直線(xiàn)且有規(guī)律地推進(jìn)。不同的采煤方法，礦山壓力的大小及分布也不同。 ⑥頂板控制采用全部垮落法，工作面支架采用具有整體性和防護(hù)能力的可縮性支架。早期統(tǒng)計(jì)表明，采用非正規(guī)采煤法的采區(qū)沖擊礦壓次數(shù)多、強(qiáng)度大，水力充填次之，全部垮落法次數(shù)少且強(qiáng)度弱。我國(guó)發(fā)生沖擊礦壓的煤層其頂板大多又厚又硬，不易垮落。 7.1.2 開(kāi)采保護(hù)層 開(kāi)采保護(hù)層是防治沖擊礦壓的一項(xiàng)有效的、帶有根本性的區(qū)域性防范措施。 由于煤層開(kāi)采的結(jié)果，導(dǎo)致上覆巖層變形、破斷和向已采空間移動(dòng)。根據(jù)巖層移動(dòng)的觀測(cè)研究，采空區(qū)上覆巖層的移動(dòng)情況 7.1.3 工作面參數(shù)的確定 ①工作面長(zhǎng)度 回采工作面和采空區(qū)的大小對(duì)沖擊礦壓的影響很大。對(duì)于一個(gè)新采區(qū)的第一個(gè)工作面來(lái)說(shuō)，由于兩邊都是實(shí)體煤，開(kāi)始，頂板處于四周固體狀態(tài)。當(dāng)頂板初次斷裂后形成三邊固支狀態(tài)，這種狀態(tài)下，工作面的壓力最小，沖擊礦壓危險(xiǎn)性也最小。 ②采高 一般情況下，效率最高、對(duì)工作面生產(chǎn)最有利的開(kāi)采高度是2.5 -3.0m。而在這種采高情況下，發(fā)生沖擊礦壓的比例也高達(dá)72%。隨著采高的增加沖擊礦壓危險(xiǎn)性也隨之增高。如果降低采高不能保證堅(jiān)硬頂板不斷裂運(yùn)動(dòng)，則可使頂板的堅(jiān)固性增加，在其破斷時(shí)，將會(huì)釋放更大的能量。在這種情況下，降低采高是無(wú)益的，除非保證堅(jiān)硬頂板巖層不發(fā)生斷裂破壞。 ③推進(jìn)速度 大量的研究表明，回采工作面的推進(jìn)速度與低能量的礦山震動(dòng)之間存在著明顯的關(guān)系，即工作面的推進(jìn)速度越快，產(chǎn)生的礦山震動(dòng)就越多。 ④煤層的開(kāi)采順序及開(kāi)采方向 對(duì)于煤層群開(kāi)采，其正確的開(kāi)采順序與煤層沖擊傾向性和煤層群的解放層開(kāi)采等緊密相關(guān)。首先，第一個(gè)開(kāi)采煤層應(yīng)該是能夠卸壓的煤層，而且沒(méi)有煤的沖二剮傾向性或?yàn)槿鯖_擊傾向性。其次，在開(kāi)采解放層時(shí)，應(yīng)考慮煤層之間的間距、頂?shù)装鍘r性和采空區(qū)處理方式等。因?yàn)檫@些決定著解放層的卸壓方式和卸壓程度。 7.2 沖擊礦壓現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù)措施 7.2.1 煤層注水 煤層注水是通過(guò)高壓向煤體注水，以改變煤體的物理性質(zhì)及在煤巖體周?chē)a(chǎn)生裂縫，起到降低煤體抗壓強(qiáng)度和破壞原有結(jié)構(gòu)以釋放積聚的能量降低所受應(yīng)力的目的。大量的研究表明，煤系地層巖層的單向抗壓強(qiáng)度隨著其含水量的增加而降低。 7.2.2 爆破卸壓 爆破卸壓是通過(guò)在煤巖體中實(shí)施鉆孔及爆破來(lái)改變應(yīng)力分布從而起到卸壓的目的一種卸壓措施。在回采工作面及上下兩巷，振動(dòng)爆破能最大限度地釋放積聚在煤體中的彈性能，在工作面附近及巷道兩幫形成卸壓破壞區(qū)，使壓力升高區(qū)向煤體深部轉(zhuǎn)移。振動(dòng)爆破的合理布置及合理的裝藥量，不僅形成巖體震動(dòng)，在一定程度上形成煤體的松動(dòng)帶，而且落煤方便。卸壓爆破是沖擊礦壓解危措施中最常用的一種方法。 7.2.3 鉆孔卸壓 采用煤體鉆孔可以釋放煤體中積聚的彈性能，消除應(yīng)力升高區(qū)。頂板巖層作用在煤體上，工作面前方煤體所受的壓力將有比較大的升高，而鉆孔卸壓通過(guò)鉆孔使原來(lái)作用于周邊圍巖的高應(yīng)力向卸壓區(qū)以外的巖體深部轉(zhuǎn)移。這種方式的卸壓過(guò)程是以巷道周邊巖體的完整結(jié)構(gòu)被破壞為代價(jià)的。 7.2.4 定向爆破裂縫法 定向爆破裂縫法的原理與定向水力裂縫法的原理是一樣的，不同之處只是將高壓水換成了炸藥。其預(yù)裂縫也有周向和軸向之分。圖6.1為制造軸向裂縫鉆頭。而制造的周向裂縫可以是在鉆孔的底部，也可以在鉆孔中形成幾個(gè)預(yù)裂縫，如圖6.2所示。 圖6.1 軸向預(yù)裂縫鉆頭示意圖 圖6.2 爆破鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖 定向爆破裂縫法的鉆孔長(zhǎng)度、布置方式、制造預(yù)裂縫的數(shù)量、形式等均取決于井巷文護(hù)形式．要破壞巖體的力學(xué)性質(zhì)以及破裂的目的，這需要根據(jù)具體的生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)和實(shí)施。 7.2.5 卸壓巷卸壓 掘巷卸壓法就是在被保護(hù)巷道和硐室附近圍巖中開(kāi)掘卸壓巷(槽)使被保護(hù)巷道和硐室處于應(yīng)力降低區(qū)，從而提高圍巖的穩(wěn)定性，減小圍巖變形。利用卸壓巷硐卸壓方法的實(shí)質(zhì)是，在被保護(hù)的巷道附近(通常是在其上部、一側(cè)或兩側(cè))開(kāi)掘?qū)ｉT(mén)用于卸壓的巷道或硐室。轉(zhuǎn)移附近煤層開(kāi)采的采動(dòng)影響，促使采動(dòng)引起的應(yīng)力再次重新分布，最終使被保護(hù)巷道處于開(kāi)掘卸壓巷硐而形成的應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)。同時(shí)也可以使煤體中積聚的彈性能能夠得到釋放。卸壓巷卸壓法一般分為頂部卸壓法和側(cè)幫卸壓法2種 。 在巷道頂部布置卸壓巷硐時(shí)，卸壓巷硐的寬度及其與被保護(hù)巷道的垂直距是影響卸壓效果的主要參數(shù)。一般情況下，卸壓巷硐與被保護(hù)巷道間的垂直距不應(yīng)小于卸壓巷硐底板破壞深度與至少2 m的安全巖柱之和。依據(jù)卸壓巷硐與被保護(hù)巷道間的垂距和支承壓力傳遞影響角，卸壓巷硐的寬度應(yīng)確保被保護(hù)巷道在其形成的應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)。如果將被保護(hù)巷道布置在卸壓巷的下面，也就是在卸壓巷周?chē)鷳?yīng)力較小的地區(qū)，那么被保護(hù)巷道就處于應(yīng)力相對(duì)較小的地方，煤巖體中的彈性能也相對(duì)較低。同時(shí)卸壓巷的開(kāi)掘也可以釋放煤巖體中積聚的一部分的彈性能。沖擊礦壓大多數(shù)發(fā)生在巷道(72．6％)，回采工作面則很少(27．4％)?。這樣對(duì)沖擊礦壓工作面回采過(guò)程中的沖擊危險(xiǎn)性就將有所降低。 7.3 其他防護(hù)措施 7.3.1及時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，撤離人員 必須將肉眼可見(jiàn)的沖擊礦壓危險(xiǎn)性特征、沖擊前兆，減緩或消除事故的方法及自救措施等有關(guān)事項(xiàng)，向井下人員進(jìn)行培訓(xùn)和詳細(xì)指導(dǎo)。平時(shí)應(yīng)積極組織沖擊礦壓的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作，出現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)應(yīng)積極組織人員撤離。 7.3.2 特別支護(hù) 在厚煤層中的巷道要用可縮性拱形支架或圈形金屬支架。在回采工作面，用全部垮落法管理頂板時(shí)，必須用高強(qiáng)度切頂支柱，如金屬支柱。移架后必須從采空區(qū)撤除全部支柱。單體金屬支柱和木支架必須加強(qiáng)支柱之間的整體性，打好撐木，釘上把釘，剎牢頂，以免沖擊時(shí)震倒栩子，引起冒頂傷人。為了盡可能地用機(jī)械設(shè)備保護(hù)工人，應(yīng)采用專(zhuān)用的支架、護(hù)架和保護(hù)板，以及其他結(jié)構(gòu)設(shè)施，以便在發(fā)生巖石彈射和微沖擊時(shí)起保護(hù)作用。例如前蘇聯(lián)、波蘭、德國(guó)等國(guó)家在有沖擊或突出危險(xiǎn)的情況下，采用了保安護(hù)架和隔離物。它們通常安裝在離工作面3 -4m處，有足夠的強(qiáng)度和可縮性，并便于快速安裝。 在沖擊礦壓和突出危險(xiǎn)特別大的情況下，應(yīng)遠(yuǎn)距離控制和操縱采掘機(jī)械，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人工作面”的回采和掘進(jìn)方式。 在急傾斜回采工作面，沖擊地點(diǎn)下方的工人易遭外傷，而上方工人易受瓦斯威脅。所以必須預(yù)先規(guī)定撤人路線(xiàn)，常用矸石帶維護(hù)專(zhuān)用小巷經(jīng)采空區(qū)撤出的安全出口。 為了防止瓦斯積聚，必須規(guī)定有快速恢復(fù)正常通風(fēng)條件和向被垮落研石隔離的地區(qū)供給新鮮空氣的專(zhuān)門(mén)措施，以及用于個(gè)人自救的工具(自救器等)。 7.3.3 特殊的工作制度 在沖擊礦壓和突出危險(xiǎn)地點(diǎn)，根據(jù)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，在某一時(shí)間內(nèi)采用無(wú)人的工作制度，甚至臨時(shí)撤離人員。有條件的盡量采用遠(yuǎn)距離操縱。必須按《沖擊地壓煤層安全開(kāi)采暫行規(guī)定》執(zhí)行特殊的爆破制度。對(duì)于沖擊礦壓危險(xiǎn)的巷道，應(yīng)把人員通過(guò)和停留的時(shí)間減到最小限度。 8 結(jié)論 （1）、沖擊礦壓是巖石力學(xué)的重大難題之一，沖擊礦壓的發(fā)生機(jī)理十分復(fù)雜，隨著研究的深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到?jīng)_擊礦壓是裂紋擴(kuò)展及變形局部化導(dǎo)致的失穩(wěn)現(xiàn)象．與具有裂隙的各向異性巖石介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)和圍巖在外加載荷作用下應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的演化與失穩(wěn)密切相關(guān)。 （2）、沖擊礦壓發(fā)生地點(diǎn)具有不確定性，發(fā)生條件具有多樣性，以及一旦發(fā)生就會(huì)造成巨大的破壞，因此，沖擊礦壓的監(jiān)測(cè)與防治是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要通過(guò)點(diǎn)線(xiàn)面的多種方位，多種方式的監(jiān)測(cè)，來(lái)預(yù)防沖擊礦壓的發(fā)生。 （3）、沖擊礦壓卸壓方式具有自主性，因此當(dāng)在有可能發(fā)生沖擊礦壓地區(qū)，應(yīng)通過(guò)實(shí)際情況采取合理的解危方式。 參考文獻(xiàn)： [1] 竇林名, 何學(xué)秋. 沖擊礦壓防治理論與技術(shù)[M] . 徐州: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社, 2001 [2] 竇林名, 何學(xué)秋 沖擊礦壓防治理論與技術(shù) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2007 [3] 張小濤，竇林名 沖擊礦壓工作面卸壓巷卸壓法探討 煤炭科學(xué)技術(shù) 2005 [4] 張周權(quán)，吳興榮，陳立高 煤礦沖擊礦壓控制技術(shù) 煤炭工業(yè)出版社 2008