外文翻译-深矿井冲击地压及防治措施.doc

1、 附录B深矿井冲击地压及防治措施李秋辉(七台河精煤集团公司新建煤矿,黑龙江七台河154600)摘要:煤矿冲击地压显现具有多样性、突发性、危险性和普遍性等特征。冲击地压发生的自然条件是开采深度、地质构造以及煤层顶底板岩石的物理力学特征。防范冲击地压的根本措施能消除产生的条件,同时也要采取防护措施。关键词:煤矿;深矿井;冲击地压;井巷;开采技术前言井巷或工作面周围煤岩体,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称为冲击地压。它是在高应力状态下发生的,该状态下积聚有大量弹性能的煤岩体突然发生破坏、冒落或抛出,使能量突然释放,并伴随有声响、震动和冲击波,也被称作煤爆或岩爆。煤矿冲击地压有其

2、明显的特征,采取行之有效的防范措施。1 煤矿冲击地压显现的特征(1)突发性。发生前一般无明显前兆,冲击过程短暂,持续时间由几秒到几十秒。(2)多样性。一般表现为煤爆、浅部冲击和深部冲击。发生煤爆时,煤壁爆裂,并伴随有小块煤体抛射现象;浅部冲击发生在煤壁26 m范围内;深部冲击发生在煤体深处,声如闷雷,但破坏程度不同。最常见的是煤层冲击,也有来自岩层的顶底板冲击。在煤层冲击中,多数表现为煤抛出,少数表现为数十平方米的煤体整体移动,并伴随有巨大声响、岩体震动和冲击波。(3)危险性。冲击地压的危害极其严重,不仅影响正常生产,而且严重威胁井下人员的安全,发生时往往造成煤壁片帮、顶板下沉和底鼓、支架折损

3、、设备移动、巷道堵塞和人员伤亡。(4)普遍性。在自然地质条件上,除褐煤以外的各种煤种都有冲击地压记录,开采深度从2001 056 m,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;顶板包括砂岩、石灰岩,甚至油母页岩,都发生过冲击地压。在生产技术条件上,水采、炮采、普采和综采,全部垮落法或水力充填法等各种采煤工艺,长壁、短壁、巷柱、倾斜分层、水平分层、倒台阶和楼式等各种采煤方法,都出现过冲击地压。2 冲击地压发生的理论分析和原因分析21冲击地压理论(1)强度理论早期的强度理论着眼于煤岩体的破坏原因,认为井巷和采场周围产生应力集中,当应力达到煤岩体的极限强度时,煤岩体发生突然破坏,形成

4、冲击地压。近代强度理论则注重矿体一围岩力学系统极限平衡条件的分析和推断,具有代表性的是夹持煤体理论。该理论认为,较坚硬的顶底板可将煤体夹紧,煤体夹持阻碍了深部煤体自身或煤体一围岩交界处的卸载变形。煤体夹持带不仅产生高度的应力集中和储存相当高的弹性能,而且高压带和高弹性能积聚区就位于煤壁附近,且承载能力储备小,一旦高应力突然加大或系统阻力突然减小时,煤体可产生突然破坏和运动,抛向已采空间,形成冲击地压。因此,发生冲击地压的强度条件是煤岩体应力要等于或大于煤岩体系统的强度。(2)能量理论能量理论认为发生冲击地压需要大量能量,不仅矿体释放能量,围岩也释放能量。提出随着采掘范围的不断扩大,矿体一围岩系

5、统在其力学平衡状态破坏时,可释放的能量大于消耗的能量时就发生冲击地压。(3)冲击倾向理论冲击倾向理论把煤岩介质具有冲击破坏的能力称为冲击倾向,煤岩介质的冲击倾向可用通过实验和实测得到的力学特性指标或指标组来度量,这些指标反映了煤岩介质发生冲击地压的可能程度,称为冲击倾向度。发生冲击地压的条件是介质实际的冲击倾向度大于等于规定的极限值。(4)组合理论组合理论把强度理论作为强度条件,把能量理论和冲击倾向理论作为突然破坏条件,认为只有3个条件同时满足,才是发生冲击地压的充分必要条件。(5)失稳理论失稳理论认为:根据岩石全应力应变曲线,在上凸的硬化阶段,煤岩抗变形的能力是增大的,介质是稳定的;在下凹软

6、化阶段,由于外载超过其峰值强度,裂纹迅速传播和扩展,发生微裂纹密集而连通的现象,使其抗变形能力降低,在这个阶段介质是非稳定的。在非稳定的平衡状态中,一旦遇有外界微小扰动,则有可能失稳。从而在瞬间释放出大量能量,发生急剧猛烈的破坏,即冲击地压。冲击地压是一个十分复杂的矿山压力动力问题,上述理论都需要进一步完善和深入研究。我国煤矿发生冲击地压的典型条件是煤的强度较高,性脆,顶板一般为厚度和强度均较大的砂岩。根据应力来源,冲击地压可分为重力型、构造应力型和二者并有的重力构造型。22冲击地压发生的原因分析冲击地压发生的机理:高应力条件是冲击地压发生的外部条件,积聚大量的弹性能是发生冲击地压的动力源。煤

7、岩具有储存能量的能力,并在破坏时能够瞬时释放是冲击地压发生的内部条件。因此,冲击地压发生的自然条件是开采深度、地质构造,以及煤层和顶底板岩石的物理力学特性。3防范冲击地压的开采技术措施对于有冲击倾向的煤层,防范冲击地压应采取综合技术措施,降低应力集中程度或使应力峰值向煤体深部转移;改变煤岩的力学性能,削弱其积蓄和骤然释放弹性能的能力;减轻冲击地压的危害程度。(1)防范冲击地压的根本措施根本措施是消除产生冲击地压的条件。有冲击地压危险的矿井必须实施合理开采部署这一根本措施,冲击地压严重的矿井,尤其是深矿井还必须采取其他根本措施中的一项或多项。合理部署开采深矿井中新采区或新区段的投产要保证合理的开

8、采顺序,避免形成多侧采空的煤柱后再回收。采煤工作面的回风平巷应力求完全沿空掘巷。在采煤过程中若回风平巷不能满足生产要求时,重新掘巷的位置应选在煤体边缘,杜绝在前支承压力和侧支承压力峰值叠加区中补掘巷道。首采煤层或上部煤层应尽量多采,不留或少留煤柱。在没有进行有效地处理前,避免在侧支承压力峰值区中开掘本煤层的巷道或在同组底部煤层中开掘巷道。深部开采中,应尽量布置岩石上下山,并对这些上下山进行跨采,避免留设两侧采空甚至三侧采空的上下山保护煤柱;在上下山附近杜绝两侧同时开采,使保护煤柱变的愈来愈小。深矿井中不宜采用柱式体系采煤法,杜绝采用房柱式采煤法回收已留的煤柱。煤层注水煤层注水的作用在于改变煤体

9、的结构,软化煤层,增加塑性变形,使煤体的强度和积蓄弹性能的能力下降,使冲击倾向减弱。多数煤层注水后,冲击倾向要降低一个等级。同时,注水可以使支承压力峰值降低,使峰值位置向煤体深部转移,从而达到改变煤体(或局部煤体)应力状态的目的。开采解放层煤矿安全规程规定:“开采煤层群时,首先开采无冲击地压或弱冲击地压煤层作为保护层”。开采解放层的目的是为了消除或减轻邻近煤层发生冲击的危险,煤层开采后在开采区间附近的顶板和底板中形成应力降低区,位于应力降低区内的被解放层所承受的应力下降,发生冲击地压危险程度也相应减小。(2)防范冲击地压的解危措施解危措施是对已经形成冲击地压危险或可能具有冲击危险的地段进行解危

10、处理,主要包括松动爆破和震动爆破。松动爆破是利用炸药爆炸的力量增加和扩大煤岩体的裂隙,从而改变煤岩体的力学特性。震动爆破是在应力集中区中借助于爆震波的影响,人为诱发强度较小的冲击地压,从而避免发生危害程度较大的冲击地压。大孔径钻孔卸压和巷道卸压也是解危措施的一种。(3)防范冲击地压的防护措施防护措施是在发生小规模冲击地压时,尽量避免和减轻危害程度。在有冲击地压危险的深矿井工作面,有条件时应采用综采工艺,普采工作面宜使用单体液压支柱,且应加强切预排支护。巷道应有足够的断面,以适应中等以下冲击变形的要求,并采用高强度可缩性整体支架支护,以适应大变形的要求。4结束语消除产生地压的条件是防范深矿井中的

11、冲击地压必须采取的根本性措施,由于地质条件和生产技术条件的复杂性,目前的技术还不能确切掌握发生冲击地压的时间和空间,不可避免地要形成一些具有冲击危险的地段。因而,解危措施和防护措施也是非常重要的。参考文献:1沈光寒,等.矿井特殊开采的理论与实践M.北京:煤炭工业出版社,19922陈炎光,等.中国煤矿采场围岩控制M.徐州:中国矿业大学出版社,19953杜计平,等.煤矿深井开采的矿压显现及控制M.徐州:中国矿业大学出版社,20004洪允和.矿井特殊开采方法M.北京:煤炭工业出版社,1994收Deep Mine Rockburst and Control MeasuresLI Qiu-hui(Xin

12、jian Coal Mine, Qitaihe Cleaned Coal Group Comp., Qitaihe 154600, China)Abstract:Coal mine rockburst showthe characteristics of diversity, sudden,dangerous and universal. The oc-curred natural conditions of rockburst are the mining depth, the geological structure and the physical and me-chanical cha

13、racteristics of coal seam roof and floor rock.The fundamental measures of preventing shock pres-sure is eliminating the occured conditions at the same time taking the protective measures.Key words:coal mine; deep mine; rockburst; roadway; mining technologyPreface Mine or the surrounding coal and roc

14、k face, as the instantaneous elastic deformation energy release of severe damage caused by a sudden burst power is called. It is in the high stress state occurs, the state of elastic energy accumulated a large number of sudden coal and rock mass destruction falling or thrown to the sudden release of

15、 energy, and is accompanied by sound, vibration and shock, also known as coal or rock burst explosion. Mine burst has its distinctive feature, to take effective preventive measures. 1 coal mine show the characteristics of burst (1) sudden. No precursors before the occurrence of the general, the impa

16、ct of the process of short duration from seconds to tens of seconds. (2) diversity. The general performance of coal explosion, the impact of shallow and deep impact. Explosion occurred when coal, coal wall burst, and with a small lump projectile body phenomenon; shallow coal wall impact occurred in the range of 2 6 m; deep shock, deep in