我国煤炭开采中的冲击地压机理和防治
摘要:总结了我国煤矿冲击地压灾害发生的特点,分析了冲击地压、岩爆和矿震之间存在的联系 和区别,建立了煤矿冲击地压的3种力学模型:材料失稳型冲击地压、滑移错动型冲击地压和结构 失稳型冲击地压。提炼出煤炭开采中的冲击地压研究需要解决的4个方面的科学问题:地质赋存 环境对冲击地压的作用机制及量化分析方法、深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动力响应特 征、采动应力分布和能量场的时空演化规律与多因素耦合致灾机理、煤矿冲击地压的监测预警与防 治方法,总结归纳了近年来我国在冲击地压机理与防治技术方面的研究成果以及存在问题,指出了 今后我国煤矿提高冲击地压防治水平的努力方向。
关键词:冲击地压;煤炭开采;冲击地压分类;冲击地压防治;机理
State of the art review on mechanism and prevention of coal bumps in China
Abstract:The features of coal bumps happened in Chinese coal mines were described. The definition of terminology among coal bumps, rock bursts and mine tremors were discussed. The mechanisms of coal bumps were classified into three models. These are bounce failure of openings surrounding rock or coal, translatory burst of coal seam between roof and floor or slipping burst of geologic faults, and structure sudden destabilization of an entire pillar or massive strata around mining panels. Moreover, ,our key issues in research point of view for fully understanding and better controlling phenomena of coal bumps were discussed. These issues involve the geological conditions relevant to coal bumps and the quantitative analysis method, the properties and engineering behaviour of discontinuous rock masses under the dynamic loading, the multi-factor coupling interaction mechanisms between coal bumps and space-time distribution of mining-induced stresses and energy in mining disturbed region, and the monitor-detect prevention and control methods of coal bumps. Finally, significant development and existing problem in controlling coal bumps in China were reviewed, and recent trends and a path forward on control of coal bumps in future were also pointed out.
Key words: coal bumps; coal mining! classification of coal bumps I prevention of coal bump; mechanism
随着煤炭资源开采深度和开采强度的增加,矿井 冲击地压等动力灾害日益加剧,严重地威胁着煤矿开 采的安全10。据统计,1985年我国冲击地压煤矿有 32个,而2011年底,发生冲击地压的矿井就多达142 个,同时,全国有近50个矿井开采深度达到或超过 1 000 m;2006-2013年,先后有新汶、抚顺、华亭、北 京、义马、阜新、鹤岗、七台河、平顶山等煤炭生产企业 因冲击地压而导致的重大伤亡事故多达35次,造成 300余人死亡,上千人受伤。冲击地压的破坏程度也 呈增大趋势,仅2011 -11 -03发生在河南义马千秋 煤矿的_起冲击地压事故0就造成10人死亡,64人 受伤,直接经济损失2 748. 48万元。
统计分析表明,各种类型的矿井都有冲击地压发 生的报告,各类煤层都发生过冲击现象,地质构造从 简单到复杂,煤层从薄到特厚,倾角从水平到急倾斜, 砾岩、砂岩、灰岩、油母页岩顶板都发生过冲击地压。 开采深度最浅的只有157 m,2011 -03 -24神华新疆 有限责任公司乌东煤矿北采区发生冲击地压造成1 人死亡,2人受伤。但随着深部开采深度的增加,冲 击地压的频度和强度都在增加。从采煤方法来讲,长 壁、短壁、房柱式、放顶煤、分层开采等都发生过冲击 地压,从米煤工艺来讲,综米、普米、炮米、水米、水砂 充填等各种工艺也都发生过冲击地压。
煤矿冲击地压不仅危害程度大,影响面广,而且 是诱发其它煤矿重大事故的根源。冲击地压的发生 可能诱发瓦斯异常涌出、瓦斯爆炸等重特大灾害H。 2003年淮北芦岭煤矿"5 o 13"冲击地压诱发瓦斯爆 炸事故,造成84人死亡;2005年,o 14"阜新孙家湾 煤矿瓦斯突出就是因冲击地压诱发大量瓦斯涌出,进 而发生特大瓦斯爆炸,死亡214人;新汶华丰煤矿在 开采山西组4煤层过程中,频繁发生冲击地压,冲击 地压又导致顶板水的大量突出,在该矿工作面突水量 增大的次数与冲击地压发生的次数成正相关H。
我国是采煤大国,012年中国采出了 36.5亿t原 煤,占世界煤炭总产量的47. 5%,加之煤田地质条件的 复杂性,我国的煤矿冲击地压问题尤为突出。学术界 对煤矿冲击地压的机理和防治问题_直非常重 视5-7 ,2001年11月的175次香山科学会议、2010年 7月的中国科协51次新观点新学说"岩爆机理探索" 学术沙龙、2012年11月的中国工程院岩爆突水工程科 技论坛、2013年8月全国防治煤矿冲击地压高端论坛 等都把煤矿冲击地压问题作为重点探讨;2004年国家 自然科学基金委员会设立的重大项目"深部岩体力学 基础研究与应用"、2010年国家科技部设立的国家重 点基础研究发展计划(973计划'媒炭深部开采中的 动力灾害机理与防治基础研究"也是重点研究煤矿冲 击地压问题。但是由于问题的复杂性,目前对冲击地 压的机理和防治技术的研究还不够充分,需进行长期 艰苦的探索和实践才可能取得突破进展。
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