錢營(yíng)孜煤礦3.0Mta新井設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】,含CAD圖紙+文檔,錢營(yíng)孜,煤礦,mta,設(shè)計(jì),cad,圖紙,文檔 專 題 部 分 第 17頁(yè) 煤礦沖擊礦壓理論及防治技術(shù) 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，如鉆屑法、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)理以及各種監(jiān)測(cè)技術(shù)，及目前在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中采取的主要應(yīng)對(duì)措施如煤層注水、爆破卸壓、鉆孔卸壓、定向裂縫、掘卸壓巷等。 關(guān)鍵詞：沖擊礦壓；防治 1、緒論 沖擊礦壓是壓力超過(guò)煤巖體的強(qiáng)度極限，聚積在巷道周圍煤巖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，造成煤巖體震動(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的一種煤礦自然災(zāi)害。沖擊礦壓還可能引發(fā)其他礦井災(zāi)害，尤其是瓦斯煤塵爆炸、火災(zāi)及水災(zāi)、干擾通風(fēng)系統(tǒng)等…。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)生的機(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)。 沖擊礦壓始于1738年的英國(guó)煤礦。從那時(shí)起到現(xiàn)在的200多年歷史中，包括我國(guó)在內(nèi)的世界各采礦國(guó)家.如德國(guó)、南非、前蘇聯(lián)、波蘭、捷克、加拿大、日本、美國(guó)等2。多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的煤礦均受到?jīng)_擊礦壓的威脅，許多國(guó)家和地區(qū)對(duì)沖擊礦壓?jiǎn)栴}給予了極大的關(guān)注和投入。 沖示礦壓發(fā)生機(jī)理十分復(fù)余.、各國(guó)學(xué)者在對(duì)沖擊礦生現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及實(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、屯準(zhǔn)則和變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論等。l世紀(jì)50年代提出的強(qiáng)度理論認(rèn)為。產(chǎn)生沖擊礦壓時(shí)支架一圍巖力學(xué)系統(tǒng)將達(dá)到力學(xué)極限狀態(tài);剛度理論認(rèn)為，礦山結(jié)構(gòu)的剛度大于圍巖一支架剛度是產(chǎn)生沖擊礦壓的必要條件;能量理論則認(rèn)為礦山開(kāi)采中如果支架一圍巖力學(xué)系統(tǒng)在其力學(xué)平衡狀態(tài)被破壞時(shí)的能量大于所消耗的能量時(shí)即發(fā)生沖擊礦壓;沖擊傾向性理論認(rèn)為煤巖層沖擊傾向性是煤巖介質(zhì)的固有屬性，是產(chǎn)生沖擊礦壓的內(nèi)在因素;穩(wěn)定性理論則認(rèn)為，煤巖體內(nèi)部高應(yīng)力區(qū)局部形成應(yīng)變軟化，與尚未形成應(yīng)變軟化的介質(zhì)處于非穩(wěn)定平衡狀態(tài)在外界擾動(dòng)下動(dòng)力失穩(wěn)。形成沖擊礦壓等。 研究沖擊礦壓的目的是防治或控制沖擊礦壓的發(fā)生，消除沖擊礦壓可能對(duì)井下人員和設(shè)備的危害。沖擊礦壓防控措施包括區(qū)域性防治措施和局部解危措施，前者旨在消除產(chǎn)生沖擊礦壓的條件，具有時(shí)空上的長(zhǎng)期性和區(qū)域性；后者旨在對(duì)已形成沖擊礦壓的區(qū)段進(jìn)行解危處理和安全防護(hù)，屬于暫時(shí)的局部性措施。目前，我國(guó)大部分國(guó)有大中型礦井進(jìn)入深部開(kāi)采，這些礦井中有的受制于某些因素的制約，不可避免形成了具有沖擊礦壓危險(xiǎn)的開(kāi)采布局(如無(wú)法開(kāi)采保護(hù)層、形成孤島煤柱、開(kāi)采深度大或煤層具有沖擊傾向性等)，對(duì)這樣已經(jīng)布置好的開(kāi)采系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，必須采取沖擊礦壓的局部解危措施。目前應(yīng)用于我國(guó)煤礦沖擊礦壓的解危措施較多，如煤層注水、鉆孔卸壓、卸壓爆破和頂板巖層定向水力致裂等。沖擊礦壓解危措施的根本目的就是把高應(yīng)力區(qū)向煤巖體深部轉(zhuǎn)移，減小應(yīng)力增高區(qū)的應(yīng)力峰值，降低煤巖體的沖擊傾向性，減小應(yīng)力增高區(qū)的能量聚積程度。這些措施的應(yīng)用在一定程度上消除或降低了沖擊礦壓危險(xiǎn)性，在煤礦安全生產(chǎn)中起到了重要的作用。 2、國(guó)內(nèi)外沖擊礦壓的概述 2.1國(guó)內(nèi)沖擊礦壓現(xiàn)狀 我國(guó)煤礦開(kāi)采深度每年以10~ 15m的速度增加, 深部開(kāi)采條件下的沖擊礦壓?jiǎn)栴}日益嚴(yán)重。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 截止目前, 我國(guó)沖擊礦壓礦井總數(shù)達(dá)80個(gè)以上, 其中以新汶礦業(yè)集團(tuán)的華豐煤礦、京煤集團(tuán)的木城澗煤礦、華亭煤業(yè)公司的華亭煤礦、開(kāi)灤集團(tuán)的唐山煤礦、撫順煤業(yè)公司的老虎臺(tái)煤礦等煤礦的沖擊礦壓危害最為嚴(yán)重。 目前國(guó)內(nèi)具有沖擊礦壓危害的礦井, 大部分沒(méi)有安裝有效的沖擊礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)備, 導(dǎo)致對(duì)沖擊礦壓的預(yù)測(cè)不夠準(zhǔn)確, 防治效果也不夠理想。 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200m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)，造成大量巷道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200一1000m ,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200~600m，煤的單向抗壓強(qiáng)度10~30 MPa頂板一般為厚10~40m的堅(jiān)硬砂巖，強(qiáng)度100~600M Pa。 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20 0~ 8 0 0m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、油母頁(yè)巖等都發(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。 2.2國(guó)外沖擊礦壓現(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、奧地利、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)。 (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400~1860rn .煤厚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;充填或垮落等頂板管理方法;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羊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。1955~1977年沖擊危險(xiǎn)礦井?dāng)?shù)由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5一6次。 在前蘇聯(lián)金屬礦，沖擊礦壓的頻度比煤礦要小得多，其上要形式為巖石彈射、震動(dòng)和微沖擊.主要發(fā)生在北烏拉爾鋁上礦等20余個(gè)礦山。開(kāi)始出現(xiàn)的深度為300~700m，主要巖石種類為輝綠巖、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，平均單向杭?jí)簭?qiáng)度100~250MPa，最低25一30 MPa。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)波蘭 波蘭有三個(gè)井工開(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10~35M Pa，煤厚0.5~20m（一般為1.5~3.5m），傾角0°~45°（一般為5°~15°），平均采深600m，項(xiàng)板大都為堅(jiān)硬砂巖。長(zhǎng)壁工作面產(chǎn)量占9 9%。其中70%為垮落法開(kāi)采。其余為水砂充填。工作面平均長(zhǎng)度150m，日產(chǎn)1300~1400 t商品煤。機(jī)械化程度96.2%，其中綜采占83.7%。 沖擊礦壓是波蘭煤礦重大災(zāi)害之一。最早記載于1958年。目前開(kāi)采的400號(hào)、500號(hào)，600號(hào)、7 00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130km。 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)側(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)廠生產(chǎn)。 (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10~20MPa，煤種為長(zhǎng)焰煤、氣煤和肥煤等。沖擊礦壓發(fā)生深度590~1100m，其中850~1000m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人部分是5~40m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)際上亨有較高聲譽(yù)。 (4〕非謀開(kāi)采中的沖擊礦壓 在世界的采礦實(shí)踐中，沖擊礦壓現(xiàn)象不僅發(fā)生在煤礦，也發(fā)生在其他礦物的開(kāi)采過(guò)程中、除前述前蘇聯(lián)的實(shí)例外，開(kāi)采金屬礦發(fā)生沖擊礦壓的還有：捷克的普希勃拉姆多種金屬共生礦床，奧地利的鉛鋅礦，美國(guó)的銅礦，加拿大的銅鎳礦和金礦，印度科拉爾礦區(qū)的金礦和采深超過(guò)3000m的南非維特瓦切爾斯蘭德金屬礦。到日前為止，最強(qiáng)烈的沖擊礦壓發(fā)生在鹽礦中，破壞面積達(dá)1~3 Mm3，震動(dòng)傳播距離達(dá)幾百公里。例如，,1958年原民卞德國(guó)維爾,鉀鹽公司臺(tái)爾曼礦一所發(fā)生的沖擊礦壓，曾被莫斯科、土耳其和西班牙的地震站記錄到。此外。沖擊礦壓還發(fā)生在露天礦中。 綜上所述，世界采礦業(yè)發(fā)生沖擊礦壓的歷史已近250年之久。近30年來(lái)，沖擊礦壓所造成的破壞后果口益嚴(yán)重，引起了各國(guó)的注意。目前世界采礦大會(huì)國(guó)際巖石力學(xué)局成立了沖擊礦壓研究小組。沖擊礦壓的研究已成為礦一山壓力學(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、沖擊礦壓的現(xiàn)象及特征 3.1沖擊礦壓現(xiàn)象 沖擊礦壓是壓力超過(guò)煤巖體的強(qiáng)度極限.聚積在巷道周圍煤巖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。 通常情況下。沖擊礦壓將直接產(chǎn)生： ①、將煤巖動(dòng)力拋向巷道; ②、引起巖體的強(qiáng)烈震動(dòng); ③、產(chǎn)生強(qiáng)烈聲響; ④、造成巖體的破斷和裂縫擴(kuò)展。 因此，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，難于事先準(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盧響和強(qiáng)烈的震動(dòng)。電機(jī)車等重型設(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，地而有地震感覺(jué)，但一般震動(dòng)持續(xù)時(shí)間不超過(guò)幾十秒。 ③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。 3.2沖擊礦壓分類 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: (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一壓，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。 根據(jù)沖擊的顯現(xiàn)強(qiáng)度，可分為四類: (])彈射。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、巖并不向已采空間拋出，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。較弱的礦震稱為微震，也稱為“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。 另一種分類是根據(jù)震級(jí)強(qiáng)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(Ⅰ級(jí))n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〔Ⅱ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(Ⅲ級(jí))。拋出煤量在50t以上，震級(jí)在2級(jí)以上的沖擊礦壓。 一般面波震級(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。 根據(jù)發(fā)生的地點(diǎn)和位置沖擊礦壓可分為兩大類： (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。 根據(jù)國(guó)內(nèi)外的分類方法，我們認(rèn)為沖擊礦壓可以分為由采礦活動(dòng)引起的采礦型沖擊礦壓和由構(gòu)造活動(dòng)引起的構(gòu)造型沖擊礦壓。而采礦型沖擊礦壓可分為壓力型、沖擊型和沖擊壓力型。壓力型沖擊礦壓是由于巷道周圍煤體中的壓力由亞穩(wěn)態(tài)增加至極限值，其聚集的能量突然釋放。沖擊型沖擊礦壓是由于煤層頂?shù)装搴駧r層突然破斷或位移引發(fā)的，它與震動(dòng)脈沖地點(diǎn)有關(guān)。在某種程度上、構(gòu)造型沖擊礦壓也可看作為沖擊型。沖擊壓力型沖擊礦壓則介于上述兩者之間，即當(dāng)煤層受較大壓力時(shí)，來(lái)自周圍巖體內(nèi)不大的沖擊脈沖作用下發(fā)生的沖擊礦壓。 國(guó)際經(jīng)貿(mào)委員會(huì)歐洲能源協(xié)會(huì)煤炭勞動(dòng)分會(huì)基于沖擊礦壓的能量理論、煤與瓦斯突出的能量理論等，對(duì)煤礦發(fā)生的煤巖動(dòng)力現(xiàn)象進(jìn)行了分類： (1)據(jù)能量源對(duì)動(dòng)力現(xiàn)象分類 主要將煤巖動(dòng)力現(xiàn)象分為四類，即沖擊礦壓、瓦斯突出，煤和瓦斯突出以及與構(gòu)造有關(guān)的動(dòng)力現(xiàn)象。 沖擊礦壓是由于聚積在煤巖體中的能量引發(fā)的動(dòng)力現(xiàn)象。沖擊礦壓一般發(fā)生在處于極限應(yīng)力狀態(tài)的煤巖體中，其狀態(tài)的變化速度超過(guò)應(yīng)力松弛速度。 瓦斯噴出就是在鉆孔或巷道揭露構(gòu)造斷層區(qū)域時(shí)，從裂縫或孔洞中突然噴出瓦斯而發(fā)生的動(dòng)力現(xiàn)象。 煤與瓦斯突出是煤巖體和瓦斯的彈性能突然釋放而引發(fā)的動(dòng)力現(xiàn)象，意思是在壓力作用卜;破壞的煤層體隨瓦斯一起噴出。 與巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)造有關(guān)的動(dòng)力現(xiàn)象包括除了上述動(dòng)力現(xiàn)象外的一切由巖體震動(dòng)的地震波引發(fā)的動(dòng)力現(xiàn)象。具體地說(shuō)，就是在危險(xiǎn)區(qū)域，由于附加能星使巖體失去穩(wěn)定而引發(fā)的沖擊礦壓和煤與瓦斯突出。地震波攜帶的能量比巖體本身破壞釋放的能量多。因此，結(jié)構(gòu)構(gòu)造的震動(dòng)可能引發(fā)大的災(zāi)害。l儷且這種災(zāi)害是非常強(qiáng)烈的，通常發(fā)生在本礦或相鄰礦井處于多條平行巷道的時(shí)候，巷道或煤柱破壞的特征與通常的沖擊礦壓類似，但強(qiáng)度大。 含瓦斯煤層的動(dòng)力現(xiàn)象通常具有卜述幾種類型的棍合，區(qū)分哪種類型的動(dòng)力現(xiàn)象，主要是看動(dòng)力災(zāi)害后，是煤炭拋出。還是煤和瓦斯一起噴出。 (2)據(jù)強(qiáng)度對(duì)動(dòng)力現(xiàn)象細(xì)分 表-1介紹了根據(jù)巷道中記錄的參數(shù)，確定的動(dòng)力現(xiàn)象強(qiáng)度分類 表-1 動(dòng)力現(xiàn)象強(qiáng)度分類 危險(xiǎn)分類 沖擊礦壓 突出 破壞的煤炭質(zhì)量P/t 破壞的煤炭質(zhì)量P/t 瓦斯的體積V/m3 弱 P≤5 P≤10 V≤100 中等 5＜P≤100 10＜P≤200 100＜V≤1000 強(qiáng) 100＜P≤1000 200＜P≤2000 1000＜V≤10000 災(zāi)害 P＞1000 P＞2000 V＞10000 4、沖擊礦壓機(jī)理研究概述 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)注的重要研究課題口沖擊礦壓發(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)查及實(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、剛度理淪、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)。 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)周圍產(chǎn)生應(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，形成沖擊礦壓。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年代未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“煤體一圍巖”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)力值人小，而是它與巖體強(qiáng)度的比值。 70年代強(qiáng)度理淪得到進(jìn)一步的發(fā)展，Brauner提出煤(巖)體夾持理論，并導(dǎo)出煤體極限壓應(yīng)力的計(jì)算公式。李玉生等的研究將此理論做了進(jìn)一步的完善。 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)的剛度人十礦山負(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)petukhov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)度后其載荷一變形曲線下降的剛度。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)果仍存在一定的偏差，需要開(kāi)展進(jìn)一步的研究工作。 4.3 能量理論 能量理論從能量轉(zhuǎn)化角度解釋沖擊礦壓的成因，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提出沖擊礦壓的能量判據(jù)，該判據(jù)考慮了能量釋放與時(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，引入空間坐標(biāo)系統(tǒng)以說(shuō)明沖擊礦壓發(fā)生的條件應(yīng)同時(shí)滿足能量釋放的時(shí)間效應(yīng)和空間效應(yīng)。 沖擊發(fā)生的能量源分析至關(guān)重要。Petukhov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)展和應(yīng)用。 能量理論說(shuō)明礦體一圍巖系統(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，但沒(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)傩裕?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頂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)，面且實(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)用于沖擊礦壓間題最早可追溯到20世紀(jì)60年代中期NevilleCook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)力一應(yīng)變曲線。得到巖石峰后變形的描述，從而可以研究采動(dòng)巖體的平衡以及這種平衡的穩(wěn)定性，Lippmann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”二同一時(shí)期，章夢(mèng)濤根據(jù)煤(巖)變形破壞的機(jī)理，認(rèn)為煤(巖)介質(zhì)受采動(dòng)影響而在采場(chǎng)周鬧形成應(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)處于非穩(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。 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)展為一向受最大壓應(yīng)力方向控制，圍壓對(duì)裂紋的擴(kuò)展起限制作用。Vardoulakis研究指出近自由表面的裂紋一旦開(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。Dyskin對(duì)壁面附近裂紋擴(kuò)展方式及裂紋貫穿后的壁面穩(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白年增長(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。并建立廠一個(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)近表面裂紋擴(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)定是由高應(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，沖擊礦壓是煤壁形成的層裂板結(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，考察了煤礦沖擊礦服煤巖層間結(jié)構(gòu)粘滑失穩(wěn)機(jī)制。 近年來(lái)，突變理論在沖擊5.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(巖)體系統(tǒng)失穩(wěn)的分叉集以及由于它們變化而導(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)系方面采用線性(彈性)和非線性(h}}變軟化、損傷)模型。 5、沖擊礦壓防治 沖擊礦壓現(xiàn)象是由于巷道或工作面周圍煤體中的壓力超過(guò)極限值，使聚集的彈性能突然釋放而造成的。因此，預(yù)報(bào)沖擊礦壓何時(shí)發(fā)生是非常困難的。但是，采用一些沖擊礦壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的方法，可以確定沖擊礦壓發(fā)生的范圍和地點(diǎn)，也可以確定沖擊礦壓的危險(xiǎn)等級(jí)。當(dāng)并巷中的沖擊地點(diǎn)沖擊危險(xiǎn)性等級(jí)很高時(shí)，采取相應(yīng)的解危和防治措施，消除和減弱沖擊礦壓現(xiàn)象的發(fā)生。 因此，合理地預(yù)報(bào)和防治沖擊礦壓的措施和步驟應(yīng)包括如下階段: ①?zèng)_擊礦壓危險(xiǎn)性評(píng)定和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào); ②選擇防治和限制沖擊礦壓危險(xiǎn)性的措施和方法; ③沖擊礦壓防治措施的實(shí)施; ④檢查和評(píng)定沖擊礦壓防治措施的有效性，檢測(cè)沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)降低與否，如沒(méi)有降低，則繼續(xù)采取其他防治和解危措施。 沖擊礦壓的防治方法由沖擊礦壓的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法和沖擊礦壓的治理方法組成，而沖擊礦壓的治理效果控制方法則與危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法是一樣的。 沖擊礦壓的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法包括: ①分析法。分析所給定的采礦地質(zhì)條件，確定應(yīng)力集中區(qū)域，預(yù)測(cè)巖體震動(dòng)活動(dòng)性等。 ②采礦法。是基于對(duì)巖體結(jié)構(gòu)及力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)及采礦歷史的認(rèn)識(shí)。小直徑鉆孔法也屬于這一類。采面頂板動(dòng)力現(xiàn)象的觀察及聲響可提供一系列沖擊礦壓危險(xiǎn)信息。 ③地球物理方法。這是沖擊礦壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)最有代表性的方法。這些方法大部分可進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)及自動(dòng)記錄，并給出結(jié)果。 ④測(cè)量法。主要是測(cè)量巖體的變形和巷道的壓縮情況。這些量的速度增長(zhǎng)及隨時(shí)間的變化可很好地反映沖擊礦壓危險(xiǎn)的實(shí)際情況。 沖擊礦壓的治理方法可分為長(zhǎng)期的和臨時(shí)的。長(zhǎng)期的方法是從考慮煤層有沖擊礦壓危險(xiǎn)開(kāi)始，在設(shè)計(jì)煤層開(kāi)采時(shí)就考慮這個(gè)問(wèn)題。最大限度地使用開(kāi)采卸壓層卸壓，選擇防治沖擊礦壓的支架及支護(hù)方式，并且從組織管理、開(kāi)采措施方面來(lái)限制沖擊礦壓的發(fā)生。 主動(dòng)解危措施有松散煤巖體的放炮方法，注水方法及卸壓方法來(lái)破壞巷道周圍煤巖體結(jié)構(gòu)。形成緩沖帶。另外培訓(xùn)有關(guān)人員，加強(qiáng)和控制采礦工藝過(guò)程，并通過(guò)組織實(shí)施來(lái)限制沖擊礦壓造成的后果口在特殊的不能限制沖擊礦壓發(fā)生的情況下，引發(fā)沖擊礦壓的發(fā)生，避免人員傷亡。 5.1 沖擊礦壓煤層的設(shè)計(jì) 對(duì)于有沖擊礦壓危險(xiǎn)的煤層，在設(shè)計(jì)時(shí)我們對(duì)以下各個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，以減輕礦井的沖擊危險(xiǎn)。 (1) 開(kāi)采深度 開(kāi)采深度愈大，煤巖體應(yīng)力愈高，高應(yīng)力所導(dǎo)致的礦壓顯現(xiàn)和沖擊礦壓等現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。 (2) 煤層地質(zhì)構(gòu)造 地層的動(dòng)力運(yùn)動(dòng)形成各種各樣的地質(zhì)構(gòu)造。在煤礦中常有斷層、褶曲和局部異常(如底鼓、頂板下陷、煤厚變化、煤層分叉、空洞、傾角局部變化等現(xiàn)象)等構(gòu)造帶。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，煤層褶曲，這些構(gòu)造應(yīng)力集中的區(qū)域積聚了大量的彈性變形能，發(fā)生沖擊礦壓的危險(xiǎn)性最大。 (3) 煤層和頂?shù)装宓牧W(xué)特性 沖擊礦壓的發(fā)生與煤層的沖擊傾向性有關(guān)，煤越軟，強(qiáng)度越低，引發(fā)沖擊礦壓所要求的應(yīng)力越大。反過(guò)來(lái)說(shuō)，煤越硬，強(qiáng)度越高，較小的應(yīng)力就能引發(fā)沖擊礦壓。因此，煤質(zhì)中硬、致密、裂隙、層節(jié)理較不發(fā)育的煤易發(fā)生較大強(qiáng)度的沖擊礦壓。從這方面講，軟化煤體，將煤體變成塑性或離散體，可以防治沖擊礦壓的發(fā)生。煤層厚度及其變化對(duì)發(fā)生沖擊礦壓也有影響，煤層越厚，越易形成較大的局部應(yīng)力集中，一旦發(fā)生沖擊礦壓，強(qiáng)度更劇烈。研究表明，硬而厚的頂板巖層容易聚集大量的彈性能且不易冒落，所以發(fā)生沖擊礦壓的可能性很大。根據(jù)研究，影響沖擊礦壓發(fā)生的巖層為煤層上100m范圍內(nèi)的巖層，其中巖體強(qiáng)度大、厚度大的砂巖層起主要作用。 (4) 開(kāi)采設(shè)計(jì) 各種采煤方法因巷道布置和頂板管理方法不同，所產(chǎn)生的礦山壓力和分布規(guī)律也不同。一般短壁體系(房柱式、刀柱式、短壁水采等)采煤方法由于采掘巷道多，巷道交岔多，遺留煤柱多，形成多處支承壓力疊加，容易發(fā)生沖擊礦壓。因此，具有沖擊危險(xiǎn)的礦井最好采用直線長(zhǎng)臂式開(kāi)采。 (5) 開(kāi)采順序 正確地設(shè)計(jì)選擇合理的開(kāi)采順序也是至關(guān)重要。采面的布置方式和開(kāi)采順序?qū)?qiáng)烈影響煤體內(nèi)的應(yīng)力分布。巷道或采煤工作面的相向推進(jìn)，在工作面向采空區(qū)推進(jìn)，鄰近工作面錯(cuò)距不夠以及鄰近開(kāi)采邊界影響的區(qū)域等不合理的布置，都會(huì)使應(yīng)力疊加而發(fā)生沖擊礦壓。因此，應(yīng)當(dāng)避免同一區(qū)段上兩翼工作面同時(shí)接近上下山。 (6) 孤島采煤或回收煤柱 在四周為采空區(qū)的地點(diǎn)采煤或回收煤柱，由于煤柱是產(chǎn)生應(yīng)力集中的地點(diǎn)，孤島形和半孤島形煤柱可能受幾個(gè)方向集中應(yīng)力的疊加作用，易發(fā)生沖擊礦壓。煤柱上的集中應(yīng)力，不僅對(duì)本煤層開(kāi)采有影響，還向下傳遞，對(duì)下部煤層形成沖擊條件。據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，特別是回收煤柱的工作面接近采空區(qū)時(shí)，煤柱剩余高度約為其高度的10倍時(shí)最危險(xiǎn)。 (7) 工作面推進(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。而對(duì)于沖擊礦壓，波蘭的研究結(jié)果是：頂板沖擊礦壓危險(xiǎn)性與工作面開(kāi)采過(guò)程中。發(fā)生的最大震動(dòng)事件成正比。統(tǒng)計(jì)表明，當(dāng)回采工作面推進(jìn)速度小下1m/ d或回采工作面推進(jìn)速度為3m/d左右時(shí)，沖擊礦壓發(fā)生的次數(shù)最少;面當(dāng)回采工作而推進(jìn)速度為1.3rn /d< v<2.5m/d時(shí)，對(duì)于防治沖擊礦壓是最不利的。但是，由于開(kāi)采技術(shù)條件的不同，地質(zhì)構(gòu)造條件的不同.防治沖擊礦壓發(fā)生的最有利的推進(jìn)速度也不同，需要根據(jù)具體條件而定。 實(shí)踐表明，多數(shù)礦井的沖擊礦壓是由于不合理的開(kāi)采技術(shù)條件所造成的。在巖體中存在構(gòu)造應(yīng)力情況下，主要開(kāi)拓或準(zhǔn)備巷道的方向最好與構(gòu)造應(yīng)力作用方向一致，以使巷道周邊應(yīng)力分布趨于均勻，避免巷道與構(gòu)造應(yīng)力作用方向垂直分布，出現(xiàn)應(yīng)力集中。對(duì)于開(kāi)采煤層群時(shí)的開(kāi)拓布置應(yīng)有利于保護(hù)層開(kāi)采，要首先開(kāi)采能夠卸壓的煤層，而且沒(méi)有煤的沖擊傾向性或弱沖擊傾向性，并以此作為保護(hù)層，且優(yōu)先開(kāi)采上保護(hù)層，在開(kāi)采方向和回采順序上，采區(qū)或盤區(qū)的工作面應(yīng)朝一個(gè)方向推進(jìn)，避免相向或背向開(kāi)采，以杜絕應(yīng)力疊加。在向斜和背斜構(gòu)造區(qū)，應(yīng)從軸部開(kāi)始開(kāi)采；在構(gòu)造盆地應(yīng)從盆底開(kāi)始開(kāi)采，開(kāi)采順序由上而下；在有斷層或采空區(qū)的條件下，應(yīng)從斷層或采空區(qū)開(kāi)始開(kāi)采；在掘進(jìn)巷道時(shí)，應(yīng)將巷道布置在煤層邊緣的低應(yīng)力區(qū)，避免巷道近距離平行布置或交叉布置。采區(qū)或盤區(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。頂板管理應(yīng)采用全部跨落法，工作面支架要采用具有整體性和防護(hù)能力的可縮性支架。 在設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)考慮優(yōu)先對(duì)保護(hù)層進(jìn)行開(kāi)采，依降低被保護(hù)煤層的沖擊危險(xiǎn)對(duì)于保護(hù)層與被保護(hù)層的開(kāi)采安排應(yīng)遵循以下原則①開(kāi)采煤層時(shí)將無(wú)沖擊礦壓的煤層作為保護(hù)層；②在傾斜賦存條件下，上保護(hù)層：開(kāi)采后，同區(qū)段的危險(xiǎn)煤體都得到保護(hù)，其工作面可以滯后推進(jìn)；下保護(hù)層開(kāi)采后超前一個(gè)區(qū)段，以使本區(qū)段的危險(xiǎn)煤體全部得到保護(hù)，本區(qū)段危險(xiǎn)層工作面滯后于下區(qū)段保護(hù)層工作面推進(jìn)；③危險(xiǎn)工作面子保護(hù)層工作面應(yīng)同向推進(jìn)，危險(xiǎn)層工作面應(yīng)保持滯后距離30—60m。滯后距離過(guò)小，上下工作面相互影響，支承壓力疊加；滯后距離過(guò)大則容易進(jìn)人應(yīng)力恢復(fù)區(qū)的還原帶，降低保護(hù)效果；④當(dāng)相鄰層都是沖擊危險(xiǎn)煤層時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先開(kāi)采危險(xiǎn)性最小或厚度最小的煤層。 5.2 沖擊礦壓的預(yù)測(cè) 5.2.1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圍地質(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、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。 5.2.2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) 5.2.3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 5.3沖擊礦壓治理措施 5.3.1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)及在煤巖體周圍產(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。 煤層注水依注水方式的不同可以分為三種： ①與采面煤壁垂直的短鉆孔注水法; ②與采面煤壁平行的長(zhǎng)鉆孔注水法; ③聯(lián)合注水法。 1） 短鉆孔注水法 短鉆孑L注水法主要看注水鉆孔的數(shù)量。鉆孔通常垂直于煤壁，而且在煤層中線附近。注水時(shí)，依次在每一個(gè)鉆孔放人注水槍。水壓力通常為20-25MPa。比較有效的注水孔間距為6-10m，注水鉆孔的深度不小于10m，注水孔的大小應(yīng)與注水槍的大小相適應(yīng)，而且放人注水槍后能自行注水，封孔封在破裂帶以外。 該方法的優(yōu)點(diǎn)是容易鉆孔注水;可以在煤層的任意部分進(jìn)行;可在難打長(zhǎng)鉆孔的薄煤層進(jìn)行注水;可在其他不方便的條件下用短鉆孔注水。 短鉆孔注水法的缺點(diǎn)是: ①注水工作需在機(jī)道進(jìn)行，影響采煤; ②注水工作需在沖擊最危險(xiǎn)的區(qū)域進(jìn)行; ③注水范圍小。 2） 長(zhǎng)鉆孔注水法 這種方法是通過(guò)平行工作面的鉆孔，對(duì)原煤體進(jìn)行高壓注水，鉆孔長(zhǎng)度應(yīng)覆蓋整個(gè)工作面范圍。注水鉆孔后面的長(zhǎng)度應(yīng)小于兩倍的注水半徑，通常為10-20m，注水鉆孔之間的距離應(yīng)為10-20m。上述均取決于注水時(shí)的滲透半徑。 采面區(qū)域內(nèi)的注水應(yīng)從兩巷相對(duì)的兩個(gè)鉆孔進(jìn)行注水，注水從靠工作面最近的鉆孔開(kāi)始，一直持續(xù)到整個(gè)工作面范圍。注水槍應(yīng)布置在破碎帶以外，深度視具體情況而定。一般情況下，注水區(qū)應(yīng)在工作面前方60m外講行。 長(zhǎng)鉆孔注水法的最大優(yōu)點(diǎn)是工作而前方區(qū)域內(nèi)的注水是均勻的，注水工作在兩巷進(jìn)行，不影響采煤作業(yè)。注水的超前時(shí)間不宜過(guò)早，因?yàn)殡S時(shí)間的推移，注水效果就會(huì)降低。實(shí)踐證明，注水的有效時(shí)間為三個(gè)月。這種方法可最大限度地使用機(jī)械，而且注水工作可在沖擊危險(xiǎn)區(qū)域外進(jìn)行。其缺點(diǎn)是某些情況下很難進(jìn)行鉆孔作業(yè)，特別是薄煤層更加困難。 3） 聯(lián)合注水法 這種方法是上述兩種方法的綜合，采面部分區(qū)域采用長(zhǎng)鉆孔注水，部分區(qū)域采用短鉆孔注水，注水壓力不小于10MPa，當(dāng)水壓力降至5MPa時(shí)，認(rèn)為該鉆孔水已注好。在有些情況下煤壁會(huì)滴水。在長(zhǎng)鉆孔或聯(lián)合注水法注水的情況下，為了預(yù)防早期注過(guò)水的煤層干燥，用高壓設(shè)備注水結(jié)束后，可將注水鉆孔和消防龍頭相連。注水效果可由下面的方法控制: ①定期測(cè)量從注水煤體中取得煤樣的濕度; ②觀察滴水與含水情況; ③采用地球物理方法測(cè)量。 高壓注水時(shí)，可能產(chǎn)生注水槍拋出現(xiàn)象;另外，頂?shù)装遘浫?、破碎時(shí)注水可能很困難。 5.3.2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。 在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)爆破條件不同，爆破卸壓可分為卸壓爆破、落煤爆破、卸壓落煤爆破和頂板爆破四種。 卸壓爆破除引發(fā)沖擊礦壓外，可將高的應(yīng)力集中區(qū)轉(zhuǎn)移到煤體深部，形成松動(dòng)帶。而煤體的松動(dòng)帶不可能是應(yīng)力集中區(qū)。 落煤爆破的目的是在人員撤離的情況下，引發(fā)沖擊礦壓，減緩或移去深部煤休或采煤機(jī)截深范圍內(nèi)的支承壓力區(qū)。這種爆破要求炮眼全長(zhǎng)爆破，使得下一個(gè)截深范圍內(nèi)應(yīng)力釋放。這種情況下，采煤機(jī)幾乎僅起裝煤作用。 卸壓落煤爆組合了卸壓爆破和落煤爆破兩種的優(yōu)點(diǎn)。卸壓落煤爆破既用于采面前方，也可用于巷道掘進(jìn)，其參數(shù)根據(jù)具體條件而定，但卸壓長(zhǎng)鉆孔爆破后，應(yīng)避免在同一眼位布置落煤爆破孔。 頂板爆破就是將頂板破斷，降低其強(qiáng)度，釋放因壓力而聚集的能量，減少對(duì)煤層和支架的沖擊振動(dòng)。而這種振動(dòng)將處于極限應(yīng)力狀態(tài)的煤巖體使其應(yīng)力超限，引發(fā)沖擊礦壓。 5.3.3鉆孔卸壓 鉆孔卸壓是利用鉆孔的方法消除或減緩圍巖變形和巷道沖擊地壓危險(xiǎn)。在高應(yīng)力煤體內(nèi)施工鉆孔,鉆孔周圍煤體在高應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂隙并發(fā)生破壞,在鉆孔周圍形成了一個(gè)比鉆孔直徑大得多的破裂區(qū),單個(gè)鉆孔周圍的破裂區(qū)之間相互連通后,在煤體內(nèi)部形成一條更大范圍的破裂卸壓區(qū),使得應(yīng)力峰值減小并向煤體深部轉(zhuǎn)移,起到卸壓作用。研究表明：鉆孔間距是影響鉆孔卸壓效果的一個(gè)重要參數(shù)。并且鉆孔間距越小鉆孔卸壓效果越好。隨著埋深的增大,煤體垂直壓力增大,鉆孔卸壓效果越來(lái)越好。 鉆孔卸壓具有卸壓工作量小，施工方便，施工速度較快，不影響施工工期等優(yōu)點(diǎn)。 合理布置的鉆孔可以引起巷道深部圍巖?。ㄣ@孔遠(yuǎn)端附近圍巖）首先發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，從而形成一個(gè)弱化區(qū)和弱化帶，引起巷道周邊圍巖內(nèi)的高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，從而使巷道周邊附近圍巖處于低應(yīng)力區(qū)，有利于巷道圍巖的穩(wěn)定；采用卸壓和錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)時(shí)可以充分發(fā)揮錨網(wǎng)支護(hù)的柔性，釋放圍巖內(nèi)的應(yīng)變能，同時(shí)利用錨網(wǎng)提高圍巖受力性能，控制圍巖有害變形.工業(yè)試驗(yàn)表明，鉆孔卸壓和錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)完全適用于深井高應(yīng)力厚煤層沿底掘進(jìn)巷道，可以取得較好的支護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)效益，可為礦井 “高產(chǎn)高效”建設(shè)提供技術(shù)保障.卸壓鉆孔的參數(shù)優(yōu)化和確定還需進(jìn)一步研究，一般應(yīng)該根據(jù)具體的地質(zhì)條件結(jié)合數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)施工與觀測(cè)確定。 5.3.4定向裂縫法 定向裂縫法分為兩種，即定向水力裂縫法與定向爆破裂縫法。 1） 定向水力裂縫法 定向水力裂縫法就是人為地在巖層中。預(yù)先制造一個(gè)裂縫。在較短的時(shí)間內(nèi)，采用高壓水，將巖體沿預(yù)先制造的裂縫破裂。在高壓水的作用下，巖體的破裂半徑范圍可達(dá)15-2 5m，有的甚至更大。 采用定向水力裂縫法可以簡(jiǎn)單、有效、低成本地改變巖體的物理力學(xué)性質(zhì)。故這種方法可用于： ①降低沖擊礦壓危險(xiǎn)性，改變頂板巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，將堅(jiān)硬厚層頂板分成幾個(gè)分層或破壞其完整性。 ②為維護(hù)平巷，將懸頂挑落。 ③在煤體中制造裂縫，有利于瓦斯抽放。 ①破壞煤體的完整性，降低開(kāi)采時(shí)產(chǎn)生的煤塵等。 定向水力裂縫法實(shí)施的步驟是: ①在要進(jìn)行分層的巖體中打鉆; ②在鉆孔中完成定向預(yù)裂縫; ③在一定的水壓和流量下，向其中注人高壓水; ④檢查作業(yè)效果。 定向水力裂縫法有兩種，一種是預(yù)裂縫為周向的、另一種是預(yù)裂縫為軸向的。研究表明，在要形成周向預(yù)裂縫的情況下，為了達(dá)到較好的效果。周向預(yù)裂縫的直徑至少應(yīng)為鉆孔直徑的兩倍以上，而且裂縫端部要尖。高壓泵的壓力應(yīng)在30 MP。以上，流量應(yīng)在60L/min以上。而軸向裂縫法則是沿鉆孔軸向制造預(yù)裂縫，從而沿裂縫將巖體破斷。 制造周向預(yù)裂縫的鉆頭如圖5-3所示。 圖5-3 制造周向預(yù)裂縫的鉆頭 當(dāng)在礦井中實(shí)施定向水力裂縫法時(shí)，其效果可采用水壓力的變化和聲發(fā)射的脈沖來(lái)控制。當(dāng)水壓力突然下降或突然出現(xiàn)大量的聲發(fā)射，則說(shuō)明有較大的裂縫產(chǎn)生，并且采用聲發(fā)射法可確定裂縫的范圍。也可采用在控制鉆孔中觀察水位的變化和電阻的變化來(lái)控制該方法的效果。定向水力裂縫法的鉆孔布置及效果控制鉆孔的布置如圖5-4所示。 圖5-4 注水鉆孔和效果控制鉆孔布置示意圖 2） 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5-5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5-6所示。 圖5-5 軸向預(yù)裂縫鉆頭示意圖 圖5-6 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。 5.3.5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，也就是在卸壓巷周圍應(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。 5.4沖擊傾向性礦井其他注意事項(xiàng) 在沖擊礦壓區(qū)域采取錨網(wǎng)支護(hù)和可縮支護(hù)，并根據(jù)沖擊礦壓嚴(yán)重程度提高支護(hù)強(qiáng)度，在巷道交岔口采用單體液壓支柱或垛式支架加強(qiáng)支護(hù)，防止發(fā)生沖擊礦壓造成大面積的巷道破壞和堵塞安全出口。 對(duì)從事開(kāi)采沖擊礦壓的有關(guān)人員，必須進(jìn)行防治沖擊礦壓基本知識(shí)教育，熟悉沖擊礦壓發(fā)生的原因、條件、前兆等基礎(chǔ)知識(shí)。在沖擊危險(xiǎn)區(qū)作業(yè)的人 員配戴專用的防震帽和防震背心，防止沖擊礦壓發(fā)生時(shí)對(duì)作業(yè)人員造成的傷害。清理現(xiàn)場(chǎng)閑置設(shè)備，必須的設(shè)備設(shè)施進(jìn)行捆綁固定，防止沖擊礦壓發(fā)生時(shí)對(duì)作業(yè)人員可能帶來(lái)的危害。 6、結(jié)論 隨著礦井開(kāi)采深度的增加和開(kāi)采難度的加大，地質(zhì)條件、開(kāi)采條件越來(lái)越復(fù)雜，沖擊礦壓災(zāi)害日趨嚴(yán)重。在這種情形下，通過(guò)對(duì)沖擊礦壓發(fā)生的影響因素與防治技術(shù)分析，搞清楚采場(chǎng)周圍煤巖層中應(yīng)力場(chǎng)發(fā)展變化規(guī)律以及掘進(jìn)巷道和推采工作面沖擊礦壓防治技術(shù)，采取綜合性的防治措施和防護(hù)措施，能夠有效降低沖擊礦壓發(fā)生的次數(shù)和強(qiáng)度，使沖擊礦壓得到有效的控制。 參考文獻(xiàn) [1] 錢鳴高，石平五．礦山壓力與巖層控制[M]．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003． [2] 竇林名，趙從國(guó)．煤礦開(kāi)采沖擊礦壓災(zāi)害防治[M]．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2006． [3] 孫振武，代進(jìn)，楊春苗，等．礦山井巷和采場(chǎng)沖擊地壓危險(xiǎn)性的彈性能判據(jù)[J]．煤炭學(xué)報(bào)，2007(8)：794—797． [4] 李文，紀(jì)洪廣，魏小文，等．礦井沖擊地壓分類、機(jī)理和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究進(jìn)展[J]．中國(guó)礦業(yè)．，2007(8)：86—88． [5] 隋豪杰，高旭東，徐小兵．沖擊礦壓影響因素與發(fā)生條件分析[J]．煤礦開(kāi)采，2007(2)：61—62． [6] 周坤鵬，路慶超，徐睿，等．淺談沖擊礦壓影響因素與防治技術(shù)．煤礦安全，2008（8）：94—96． [7] 竇林