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1、冲击地压及其防治 安全工程技术研究院 辽宁工程技术大学 1、冲击地压概述 冲击地压是世界范围内煤矿矿井中最严 重的自然灾害之一。灾害是以突然、急剧、 猛烈的形式释放煤岩体变形能，煤岩体被抛 出，造成支架损坏、片帮冒顶、巷道堵塞、 伤及人员，并产生巨大的响声和岩体震动， 震动时间从几秒到几十秒冲出的煤岩从几 吨到几百吨。我国绝大多数矿山的煤层与岩 层都具有强烈或明显的冲击倾向。随着我国 煤矿开采深度的不断增加，冲击地压灾害越 来越严重，已经成为制约我国矿山生产和安 全的主要重大灾害之一。 1.1、国内外研究现状 对冲击地压现象的研究主要集中在三个研究方 向上。一是冲击地压发生机理；二是冲击地压发
2、生危 险性分析、监测与预测技术；三是冲击地压治理措施 。 在冲击地压发生机理方面主要提出有强度理论 、刚度理论、能量理论、冲击倾向理论、变形系统失 稳理论等。 目前对冲击地压的危险性分析和预测预报主要 采用采矿方法包括综合指数法、数值模拟、钻屑法等 ；地球物理方法包括微震法、声发射、电磁辐射等。 对冲击地压的治理措施包括战略防御和主动解 危两方面。 1.2 冲击地压的分类 (一)根据冲击地压的物理特征，按发生原因分： 1压力型；2突发型；3爆裂型 (二)根据冲击地压的能量特征，按冲击时释放的地 震能大小分： 1.微冲击；2.弱冲击；3.中等冲击；4.强冲击 ； 5.灾害型冲击 (三)根据参与冲
3、击的岩体类别分： 1煤层冲击；2岩层冲击； (四)根据冲击力源分： 1.重力型；2.构造型；3.中间型； 2、冲击地压预测方法 根据具体情况，在分析地质开采条件的 基础上，采用多种方法进行综合预测。 首先分析地质开采条件，根据综合指数 法和计算机模拟分析方法，预测划分出冲击地 压危险及重点防止区域，提出冲击地压的早期 区域性预报。在此基础上，采用微震监测系统 ，对矿井冲击地压的危险性提出区域和及时预 报；采用地音监测法、电磁辐射检测法等地球 物理监测手段，对矿井回采和掘进工作面进行 局部地点的预测预报；然后采用钻屑法，对冲 击地压危险区域进行检测和预报，同时对危险 区域和地点进行处理。 3、冲
4、击地压防治 （1）冲击地压防范措施 合理的开拓布置和开采方式、开采保护 层。 （2）冲击地压的解危措施 卸压爆破、煤层注水、钻孔卸压等。 解危措施效果比较 煤层高压注水：需要较长的时间才能见 效，而且由于煤体的不均质性，裂隙发育程 度不同，在一定注水时间内煤体湿润程度差 别极大，影响解危减震效果。 深孔控制爆破：能够快速见效，但爆破 层位应选在中硬以上煤层中才能取得较好的 解危减震效果。 深孔控制爆破与高压注水结合：利用爆 破后煤体裂隙发育的有利条件，使高压注水 快速均匀起效，是一种较好的解危减震措施 。 预裂爆破采用不耦合装药，削减了作用 在孔壁上的爆压峰值，且为孔与孔间彼此提供 了聚能的临
5、空面，岩石的抗压强度远大于抗拉 强度，所以削弱后的爆压峰值不致使孔壁产生 明显的压缩破坏，只有切向拉应力使炮孔四周 产生径向裂隙，而滞后的高压气体，沿缝产生 劈裂作用，使周边连线上的裂纹全部贯通。 3.1深孔控制预裂爆破 深孔控制预裂爆破是 在爆破孔周围增加了 辅助自由面控制 孔。 深孔控制预裂爆破是防治冲击地压的有 效方法，其中原理在于： （1）降低煤体应力集中程度，解除冲击 地压的强度条件和能量条件。 （2）通过在煤体中实施深孔控制预裂爆 破，爆炸应力波在煤体中的传播，扰动煤体 ，使煤体中积聚的大量弹性能在爆破的同时 能够释放出来，煤体中局部的应力状态发生 改变，煤体中的支承压力峰值向煤体
6、深部和 爆破区两侧转移，造成应力重新分布。 （3）当煤层进行深孔控制预裂爆破后 ，煤体深部仍然存在高应力集中并发生冲击 地压时，已卸压的煤体会给深部冲击地压以 一定阻力，从而将发生在煤壁附近的破坏得 以控制。 （4）深孔控制预裂爆破后，煤层透气 性增加，注水效果提高，爆破后结合强化抽 放或煤层注水措施，通过双重作用，降低了 冲击地压发生和由它引起瓦斯突出的可能性 ，同时减少了受冲击煤体内瓦斯的涌出量， 消除或大大降低了瓦斯爆炸事故发生的可能 性。 3.1.1深孔控制爆破爆能导向预裂理论 在工程爆破理论的基础上，通过研究煤 层中爆破的特点以及煤层控制爆破预裂的目 的，以布置控制孔和不耦合装药为主
7、要措施 ，通过引导和控制爆能，使爆破能量最大限 度的用于增大煤层裂隙，提高煤层透气性， 降低或转移应力集中，使爆破能量充分利用 到煤层瓦斯、冲击地压、顶板等灾害防治上 ，由此形成煤体控制爆破爆能导向预裂理论 。 3.1.2 炸药品种的选择 从理论上说，降低炸药爆速可以降低炸 药猛度，延长爆炸对爆破介质的作用时间， 有利于爆破介质产生更多的裂隙、扩大裂隙 范围。但是，就目前的炸药品种看，每一种 炸药都有其合理的保证安全爆轰的爆速范围 ，过低的爆速会导致爆轰中断，对超长柱状 药包安全传爆不利。研究表明采用不耦合装 药，同样可以相对降低炸药的爆速达到目的 。炸药采用化工厂生产的三级煤矿许用型水 胶（
8、或乳化）炸药。 3.1.3 装药工艺的研究及装药结构设计 根据试验经验和深孔爆破的技术特点， 设计了可连接式塑料被筒。 为了提高深孔传爆安全性，克服深孔爆 破中存在的管道效应等不可预知的因素引起 的拒爆、爆燃现象，采用孔内敷设导爆索、 双炮头正向起爆的装药结构。 3.1.4 封孔工艺 利用注水封孔装置采 用水封爆破。 采用压风封孔器进行 喷泥封孔。封孔材料为略 潮的黄土，粒度在10mm以 下，压风达到0.35MPa以 上，封孔长度不小于12m 。 3.2 煤层注水 大量的研究表明，煤系地层岩层的单向 抗压强度随着其含水量的增加而降低，其关 系可用下式表示： 同样煤的强度与冲击倾向指数WET也随 煤的湿度增加而降低。 预裂爆破后，通过控制孔进行注水。 谢谢各位专家领导
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