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1、第九章P19.1概述9.2冲击地压的特征及其分类9.3冲击地压发生的机理9.4冲击地压的监测方法9.5冲击地压的预防第九章冲击地压及其监测矿山压力与岩层控制精品课件第九章P29.1概述冲击地压（岩爆）瞬间释放煤岩体变形能，引起强烈围岩震动支架损坏、片帮冒顶、巷道堵塞、伤及人员等随采深冲击地压发生频次和烈度增大冲击地压发生原因复杂，影响因素多预防冲击地压对巷道围岩稳定性的破坏已成为矿产资源开采过程中一个急需解决的最关键、最棘手的问题。产生危害开采深度影响矿山压力与岩层控制精品课件第九章P39.2冲击地压的特征及其分类9.2.1冲击地压的特征共有特征突发性、瞬时震动性、破坏性我国煤矿冲击地压突出特
2、点多类型、条件复杂、随采深增加发展趋势严重等诱发因素如放炮、顶板来压期间、回柱（移架）等冲击地压发生的地点及其主要特征a与地质构造有密切关系，往往发生在褶皱、断层及煤层变异性突出的部位，主要受构造应力的控制矿山压力与岩层控制精品课件第九章P49.2.1冲击地压的特征冲击地压发生的地点及其主要特征b具有坚硬的岩层的煤层顶板，该岩层聚集高强度的变形能c发生在超前巷道的冲击地压，以巷道两帮煤体抛出为主要特征d发生在工作面的冲击地压，一般表现为大面积冲击现象e在留有底煤的采场发生时，以底臌和煤岩压入采场空间为主要显现特征9.2冲击地压的特征及其分类矿山压力与岩层控制精品课件第九章P59.2.2冲击地压
3、的分类（1）根据冲击地压的能量特征按冲击时释放的地震能大小冲击地压级别地震能J震中的地震中裂度（级）微冲击（射落、微震）弱冲击中等冲击强烈冲击灾害性冲击101010210210410410710711223.53.555表9.1按冲击时释放的地震能大小分类9.2冲击地压的特征及其分类矿山压力与岩层控制精品课件第九章P69.2.2冲击地压的分类（2）按参与冲击的煤岩体类别a产生于煤体一围岩力学系统b煤矿冲击地压的主要显现形式a高强度脆性岩石瞬间释放弹性能b岩块从母体急剧、猛烈地抛出对于煤体是顶底板岩层内弹性能的突然释放，又称围岩冲击。按冲击位置又分顶板冲击和底板冲击。9.2冲击地压的特征及其分类
4、煤层冲击岩层冲击矿山压力与岩层控制精品课件第九章P79.2.2冲击地压的分类（3）根据冲击力源分类（4）按统计方法分类按冲击地压的破坏后果分类a一般冲击地压b破坏性冲击地压c冲击地压事故9.2冲击地压的特征及其分类重力型构造型中间型由受重力作用引发，没有或有少量构造力的影响主要由受构造力引起重力和构造力共同作用引发矿山压力与岩层控制精品课件第九章P8表9.2按显现强度分级等级123456里氏地震级0.5-1.01.1-1.51.6-2.02.1-2.52.6-3.03.09.2.2冲击地压的分类（4）按统计方法分类按显现强度分级按里氏地震计分级，见表9.29.2冲击地压的特征及其分类矿山压力与
5、岩层控制精品课件第九章P99.3.1冲击地压发生的原因及实现的条件9.3冲击地压发生的机理根本原因发生条件强度比较高的煤（岩）层冲击地压发生没有采取释放应力和能量措施高应力集中部位的采动影响受构造运动和开采形成的高度应力集中矿山压力与岩层控制精品课件第九章P109.3.2冲击地压发生的影响因素（1）地质因素（2）开采技术因素开采多煤层时任何造成应力集中的因素（诱导因素），9.3冲击地压发生的机理开采深度地质构造煤岩结构及性能如开采程序不合理、留设煤柱、相邻两层开采错距不合适等矿山压力与岩层控制精品课件第九章P119.3.3冲击地压发生理论（1）刚度理论提出在20世纪60年代由Cook等人理论认
6、为试件的刚度大于试验机构的刚度时破坏是不稳定的，煤岩体呈现突然的脆性破坏（2）能量理论从能量转化方面解释冲压成因理论认为冲击地压发生的条件为矿体-围岩系统在其力学平衡状态失稳所释放的能量大于所消耗的能量9.3冲击地压发生的机理矿山压力与岩层控制精品课件第九章P129.3.3冲击地压发生理论（3）强度理论冲击地压发生的应力条件：即矿山压力大于煤体-围岩力学系统的综合强度理论认为较坚硬的顶底板可将煤体夹紧，阻碍深部煤体自身或煤体-围岩交界处的变形（图9.1），煤体更加压实，承受更高的压力，积蓄较多的弹性能。从极限平衡和弹性能释放的意义上来看，夹持起了闭锁作用。高压带和弹性能积聚区可位于煤壁附近。一
7、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。矿山压力与岩层控制精品课件第九章P13图9.1强度理论示意图9.3.3冲击地压发生理论矿山压力与岩层控制精品课件第九章P14（4）冲击倾向性理论提出由波兰和前苏联学者煤岩体冲击倾向性发生冲击地压的必要条件我国学者提出用煤样的动态破坏时间（Dt）、弹性能指数（WET）及冲击能量指数（KE）三项指标综合判别煤的冲击倾向的实验方法。两个冲击倾向性指标弹性能指数WET、冲击能量指数KE9.3.3冲击地压发生理论矿山压力与岩层控制精品课件第九章P15（5）三准则理论我国学者李玉生等提出判定冲击地压发生的必要条件强
8、度准则、能量准则和冲击倾向性准则应同时满足（6）失稳理论根据岩石全应力应变曲线介质的强度和稳定性是发生冲击的重要条件之一提出了冲击地压是材料失稳的思想9.3.3冲击地压发生理论矿山压力与岩层控制精品课件第九章P16（7）其它20世纪70年代末林天键、唐春安将突变论引入岩石力学潘岳等学者建立岩体结构失稳的突变模型齐庆新等学者提出“三因素”理论谢和平院士提出了冲击地压的分形特征将分形几何引入冲击地压的研究9.3.3冲击地压发生理论矿山压力与岩层控制精品课件第九章P179.4冲击地压的监测方法9.4.1对比法基于相似条件下对冲击前兆进行归类一般应考虑下列因素a本矿和邻矿的冲击地压现状和发展趋势b本煤
9、层或邻层、邻区已发生过的冲击地压c顶板为单轴抗压强度大于70MPa的坚硬岩层d岛形或半岛形煤柱e支承压力影响区f上部或下部遗留煤柱或回采边界g煤层厚度或倾角突然变化h褶曲或断裂构造带等矿山压力与岩层控制精品课件第九章P189.4.2钻屑法9.4冲击地压的监测方法依据在不同深度排出的煤粉量及其变化规律动力现象判断冲击危险钻屑法原理通过测量钻孔煤粉量的大小以确定相应的煤体应力状态钻至一定深度后，钻孔周围煤体将逐渐达到极限应力状态钻至一定深度后，钻孔周围煤体将逐渐达到极限应力状态图图9.29.2矿山压力与岩层控制精品课件第九章P199.4冲击地压的监测方法图9.2钻孔效应示意图矿山压力与岩层控制精品
10、课件第九章P209.4.2钻屑法（1）钻孔力学模型煤体为各向同性均匀的纯弹-塑性介质小直径钻孔的出现仅改变钻孔周围边附近应力如图9.39.4冲击地压的监测方法假设采高h半径为R的塑性破坏区均布压力p切向应力径向应力r任意半径r处矿山压力与岩层控制精品课件第九章P21图9.3钻孔力学模型由多裂隙介质层裂模型理论分析可知：9.4冲击地压的监测方法层裂区塑性区弹性区劈裂破坏非稳定蠕变破坏剪切破坏矿山压力与岩层控制精品课件第九章P229.4.2钻屑法（2）煤粉量的组成9.4冲击地压的监测方法在极限煤体压力作用下所产生的煤粉量煤体-围岩力学系统的极限平衡（3）极限煤粉定义平衡条件破碎带形成后，在弹性区与
11、破碎带交界处产生钻孔形成后，由于弹性卸载所形成的钻孔形成后，孔壁周围破碎带内煤体扩容所形成钻孔实体煤芯附加煤粉量矿山压力与岩层控制精品课件第九章P239.4.3地球物理方法微震法、AE法、电磁辐射法、顶板动态法（1）微震法微震法监测冲击地压的机理9.4冲击地压的监测方法利用岩体自然或人为激发的物理场监测岩体的动态变化主要方法记录矿山震动解释分析记录信息预测预报冲击地压揭示如：类型、次数、震级等微震信息应力显现规律预测预报作出矿山压力与岩层控制精品课件第九章P24（1）微震法微震系统（见图9.4）图9.4微震监测装置9.4冲击地压的监测方法矿山压力与岩层控制精品课件第九章P25（1）微震法冲击地
12、压发生次数与震级的关系(9.4)式中D(V)规模大于V的事件出现的频率V该事件的规模，一般表示为：（9.5）式中N冲击地压的频次，大于某一冲击地压震级的次数M冲击地压次数a、b常数9.4冲击地压的监测方法矿山压力与岩层控制精品课件第九章P26（1）微震法冲击地压最大震级的预测冲击地压频次与冲击地压震级有预测冲击地压的最大震级：冲击地压发生趋势的预测根据b值变化规律，可对冲击地压的发生趋势进行预测：若b值（），则未来冲击地压最大震级（）9.4冲击地压的监测方法线性关系矿山压力与岩层控制精品课件第九章P27（2）AE法煤体的声发射（AcousticEmission），简称AEAE监测系统系统硬件由
13、通用微机系统和信号采集传输系统组成AE监测系统的应用AE监测能率变化流动AE监测法，属于非连续的监测方法，一般与煤粉钻孔法结合使用，能提高冲击地压预测的准确性9.4冲击地压的监测方法矿山压力与岩层控制精品课件第九章P28（3）电磁辐射法a煤体变形及破裂过程中伴有声发射和电磁辐射信号b煤试样扩容突变阶段，电磁辐射强度出现突变C煤岩体电磁辐射的脉冲数随着扩容突变过程增大而增大典型的非均质材料在外力作用下，内部应力与应变的分布不均发生不均匀应变时，在内部发生极化现象9.4冲击地压的监测方法原理煤体煤体破坏时将产生电磁辐射现象矿山压力与岩层控制精品课件第九章P29（4）顶板动态法坚硬顶板运动往往是诱发
14、冲击地压的主要因素之一9.4冲击地压的监测方法顶板的运动状态支承压力范围及峰值位置顶板动态前兆冲击危险预测预报一般情况岩层沉降速度愈小，推进的面积愈大，断裂运动产生的冲击和压出煤的强度愈高；下位基本顶岩梁相对稳定的步距愈大，发生冲击地压的强度愈高。矿山压力与岩层控制精品课件第九章P309.5冲击地压的预防9.5.1区域性预防（1）采用合理的开拓布置和开采方式合理的开拓布置、开采方式，可避免+预防冲击地压发生高应力集中能量的积聚预防冲击地压有效预防煤矿冲击地压发生的关键控制冲击地压发生的应力条件实测推断理论计算具体的煤层条件+针对采用矿山压力与岩层控制精品课件第九章P319.5.1区域性预防（1
15、）采用合理的开拓布置和开采方式考虑开采方案设计时，应注意以下“防冲”的时空原则：严格杜绝在构造压缩应力带和采动应力场支承压力的高峰部位布置采煤巷道和推进工作面。最大限度的争取在采动释放应力后稳定的“内应力场”（已经历采动破坏的岩层覆盖的重力场）中掘进和维护巷道。9.5冲击地压的预防矿山压力与岩层控制精品课件第九章P329.5冲击地压的预防9.5.1区域性预防（2）开采保护层多煤层开采时，在设计阶段要规定煤层群的协调开采开采保护层是“防冲”的一项区域性防范措施保护范围图9.10保护层开采方案（常用的方案见图9.11)包括开采上保护层、开采下保护层及混合开采。No煤层间距适宜，应优先考虑开采下保护
16、层，原则是不破坏上层煤的开采条件矿山压力与岩层控制精品课件第九章P33图中卸压边界线内的煤层属于被保护煤层l工作面长度3充分移动角断裂角变形滑移角1升高应力区边界线2卸压带边界线3保护带4被保护带图9.10开采保护层卸压带示意图9.5冲击地压的预防矿山压力与岩层控制精品课件第九章P34(a)开采上保护层(b)开采下保护层(c)开采上、下保护层9.5.1区域性预防图9.11保护层开采方案矿山压力与岩层控制精品课件第九章P35（3）煤层预注水预防冲击地压的原理水对煤岩强度、变形特性和冲击倾向性有重要影响图9.12注水方式常用的注水方式包括走向布置、倾向下行布置、倾向上下行布置及综合布置等方式图9.139.5.1区域性预防目的降低改变水的物理化学作用
