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我国煤炭开采中的冲击地压机理和防治(2)

人气指数: 发布时间:2015-11-20 11:01  来源:http://www.zgqkk.com  作者: 姜耀东 潘一山 姜福
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  1冲击地压的界定与分类
  1.1冲击地压的界定
  冲击地压、岩爆与矿震6-9]是地下工程和采矿工 程领域常见的岩石动力破坏现象,但一直以来人们对 于冲击地压、矿震和岩爆等术语的理解仍不够清晰。 由于行业背景的差异,在我国水电交通隧道等行业将 这种现象称之为岩爆,而在煤矿和冶金等采矿行业称 之为冲击地压或矿震。全国科学技术名词审定委员 会审定公布的这3个术语的定义分别如下:
  冲击地压是指井巷或工作面周围岩体,由于弹性 变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象, 常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。它具有很大 的破坏性,是煤矿重大灾害之一。
  岩爆是指地下工程开挖过程中由于应力释放出 现围岩表面自行松弛破坏并喷射出来的现象。
  矿震是指井巷或工作面周围煤岩体中突然在瞬 间发生伴有巨响和冲击波的震动但不发生煤岩抛出 的弹性变形能释放现象。
  现在岩石力学界的部分学者认为冲击地压和岩 爆是同_岩石动力学现象,把冲击地压和岩爆作为同 义词合并,但有煤矿行业背景的学者并不认同这种观 点,这在2010年7月的中国科协51次新观点新学说 "岩爆机理探索"学术沙龙上讨论争论中表现得尤其 突出。
  这种理解上的差异是由于行业对工程的要求不 同所产生的。在煤炭行业,由于井巷或工作面工程的 相对临时性和经济性要求,通常是可以容忍井巷或工 作面的围岩发生变形或破坏,只要围岩结构不失稳而 满足安全生产要求即可;而水电交通行业的隧道等地 下工程是百年大计,这些工程是不能容许围岩发生破 坏和产生大变形的。另外,采动应力的存在是煤矿等 矿业工程的一大特点,水电交通行业的隧道工程扰动 应力影响的范围和程度与煤矿采动引起的扰动存在 数量级别的差异。
  冲击地压和岩爆的共同点是''在地应力高的岩 体中开挖硐室,由于围岩应力突然释放,岩块破裂并 抛出的动力现象"。差异在于,采矿工程中把这种动 力现象是否产生"破坏性"、是否成为"灾害"作为是 否发生冲击地压的标志。如果这种动力破坏没有成 为"灾害"、不影响安全生产,可以不予理睬,即可以
  不采取治理措施,否则就要采取治理措施。因此,煤 炭行业通常只把需要采取治理措施的岩石破坏动力 现象称为冲击地压。这种是否产生''破坏性"、是否 成为"灾害"的确定对采矿行业是十分必要的,因为 国家〈煤矿安全规程》和《冲击地压煤层安全开采暂 行规定》中对冲击地压矿井有特殊的防治要求,这将 直接影响煤矿企业的生产安全和经济效益。
  另外国际上关于岩爆的定义也是多样的,有兴趣 的读者可参考文献1〇]。
  矿震是在区域应力场作用下,受开采活动影响而 发生的_种诱发地震。矿震除了可由采矿活动引起 外,地面活动、采空区顶板冒落、煤层片帮、冲击地压 和岩爆等都有可能诱发矿震。尽管有许多矿震并不 造成灾害,但有些矿震可能会诱发冲击地压,反过来 强烈的冲击地压也能够引起矿震。
  1.2冲击地压的分类
  国内外学者从不同的角度提出了不同的冲击地 压分类方法。如按冲击地压发生位置可分为煤层冲 击地压、顶板冲击地压和底板冲击地压;按冲击压力 来源可分为重力型、构造型和重力-构造型;按冲击 能量大小可分为微冲击、弱冲击、中等冲击、强冲击和 灾难性冲击类型等; Rice从煤岩材料受载类型和 破坏形式将冲击地压分为受静载引起的应力型冲击 失稳和受动载引起的震动型冲击失稳;佩图霍夫根据 冲击地压与工作面的位置关系将冲击地压分为两类: 一类是发生在工作面的由采掘活动直接引起的冲击 地压,另一类是远离工作面,由于矿区或井田内大区 域范围的应力重分布引起的冲击地压&2 ;潘一山 等M根据对我国冲击地压现状的研究,将之分为煤
  体压缩型冲击地压、顶板断裂型冲击地压和断层错动 型冲击地压3种基本类型;何满潮等&4通过对煤岩 冲击失稳的能量聚积和转化特征的研究,建立了以复 合型能量转化为中心的煤岩冲击失稳分类体系,将冲 击地压分为单_能量诱发型和复合能量转化诱发型 两大类,其中单一能量型又可分为固体能量诱发型、 气体能量诱发型、液体能量诱发型、顶板垮落能量诱 发型和构造能量诱发型,该分类方法较以往的按冲击 能量特征分类更突出煤岩冲击失稳的本源和主要影 响因素。
  更多的学者按照煤岩冲击失稳的物理特征进行 分类研究,总结起来可将冲击地压分为3类:①岩爆 型冲击地压,是指在高应力作用下,煤岩材料发生弹 射、爆炸式的破坏;②顶板垮落型冲击地压,上覆厚 且坚硬的顶板悬伸在矿柱上,达到_定跨度折断或垮 落时对矿柱形成压力波,引起矿柱煤体的瞬时破坏; ③构造型冲击地压,构造应力作用下,煤岩体发生突 然的失稳冲击。
  冲击地压现象的本质是高应力状态作用下煤岩 体的突然失稳破坏。从应力状态导致煤岩体的突然 失稳破坏的本质对冲击地压的进行分类研究,本文将 煤矿冲击地压分为3类: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。
  (1)    材料失稳型冲击地压。
  材料失稳型冲击地压是指井巷或工作面周围岩 体在开挖过程中,煤岩体内应力集中达到_定程度 后,煤岩材料内部裂纹不断扩展、贯通、汇聚,并导致 _定范围内的煤岩体发生弹射、爆炸式的破坏而发生 的冲击突出。材料失稳型冲击地压如图1(a)所示。  
  (2)滑移错动型冲击地压。
  滑移错动型冲击地压如图1(b)所示,是指在采 动影响下由于顶底板与煤层刚度的不同而导致的煤 层滑移错动冲击挤出,如Lipp 突出模型&5];或井巷附近的断层、构造或结构面的滑 移错动诱发而产生突然剧烈破坏的动力现象。
  (3)结构失稳型冲击地压。

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