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1、第十二章 煤矿冲击地压,一、煤矿冲击地压的定义,煤矿冲击地压是指在矿井开采过程中，井巷或采场周围岩体在其力学平衡状态破坏时，由于弹性变形能突然释放而产生的急剧、猛烈的动力现象。,预测预报是冲击地压防治工作的重要组成部分，是防治措施实施的前提和前期工作。它对及时采取区域性防范措施和局部性解危措施，避免冲击危害十分重要。 冲击地压的预测主要包括时间、地点和规模大小。目前主要采用的采矿预测方法，包括根据采矿地质条件确定冲击矿压危险的综合指数法、数值模拟分析法、钻屑法等；采矿地球物理方法，包括微震法、声发射法、电磁辐射法、振动法、重力法等，可以达到较准确预报冲击矿压可能发生的地点和位置，较准确地确定冲
2、击矿压发生强度和震动释放能量的大小。,（一）顶板动态法 顶板动态的前兆主要是通过监测顶板的运动状态、支承压力显现范围及峰值位置来预测冲击危险。 冲击地压一般发生在坚硬的顶板条件下，坚硬顶板运动往往是诱发冲击地压的主要因素之一。顶板的急速下深或突然断裂，会引起震动，都有可能诱发冲地地压。因此，坚硬顶板悬露的面积、断裂运动的时间是冲击地压预测的关键。 一般情况下，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。因此，采用顶板动态法监测冲击地压是比较有效的。,二、冲击地压的预测方法,监测区域 （a）从工作面推进到煤壁上
3、应力达到煤体破坏强度（开始形成内应力场）的部位起，到随工作面推进，煤层上支承压力继续增加，内应力场形成足够的缓冲带。该地段是监测的重点区域。 （b）初次来压后，工作面不断推进，上覆坚硬岩层断裂来压，在超前顺槽发生冲击地压。这主要是由于随工作面的推进，悬露面积的增大，煤体上应力不断增大，如上位基本顶岩梁内弹性能增加。一旦基本顶岩梁断裂沉降，应力产生转移，在相关部位产生冲击地压，主要发生在超前工作面前方80m范围内。,监测过程 顶板动态法监测冲击地压的过程如下：坚硬顶板运动造成应力转移（与顶板运动有关）采用动态法预测顶板断裂的规律预测冲击地压危险。 通常采用位移计在超前顺槽内布置测点，监测顶板的运
4、动规律及支承压力的分布规律。在运输巷与回风巷安装，间隔距离为5.0m，监测区域为超前顺槽50.0m范围。 前兆信息识别 依据顶底板移近量和移近速度的变化（包括反弹现象），判断顶底板断裂的位置，反弹或顶底板移近速度加速之时，正是冲击地压发生的前兆。,根据钻粉率指数，将煤层冲击地压危险程度划分为三级；即I级(弱冲击地压)、级(中级冲击地压)、级(强烈冲击地压)。,(三)微震法或地音监测法 岩石在压力作用下发生变形、破坏过程中，必然产生声响和震动，以脉冲形式向周围岩体传播，产生应力波或声发射现象。这种声发射也称地音。因此，用微震仪或地音仪记录这一系列地震波，根据地震波的强弱变化规律和正常地震波相比，
5、可以判断煤层或岩体发生冲击的倾向度。,具体的做法是把测量的地音强度与本地区正常的平均地音对比，以明显超过平均强度值，并持续数小时。在这种高地音强度之后，几小时或十几小时的低强度时期内，往往可能出现冲击地压。,(四)能量法 它是以弹性能与永久变形消耗能之比，作为衡量煤体冲击倾向度的指数及，其表达式和临界值如下：,补充 采用岩石切割机、磨样机及岩样钻取机把煤及岩样加工成标准的试件。 抗压、抗剪、弹性模量、泊松比、冲击能量指数、动态破坏时间的测定采用50100的圆柱体。抗拉采用5025的圆柱型试件。弹性能量指数采用5050的圆柱型试件。 本次实验共实验试件822块，其中实验失败 196 块，成功62
6、6块（表3-1所示）,(五)综合测定法 为了力求更准确预报来判断发生冲击地压的时间和地点，可同时采用顶板动态法、钻屑法、微震法、地音监测法、能量法等综合分析进行确定。,相似材料模拟试验是以相似理论为基础，按照实际原型与模型之间所需的一定的模拟条件加工成模型， 从物理概念上来研究原型内部各因素的变化规律及其相互联系，因而能直观地反映所研究的物理现象，给出较为明确的结论。 相似材料模拟试验具有试验效果清楚直观，试验周期短，见效快等特征。,相似模拟试验,相似模拟试验原理,（1）相似第一定理,过程相似则相似准数不变，相似指标为1。,（2）相似第二定理,描述相似现象的物理方程均可变成相似准数组成的综合方
7、程。现象相似，其综合方程必须相同。,（3）相似第三定理,在几何相似系统中，具有相同文字的关系方程式，单值条件相似，且由单值条件组成的相似准数相等，则此两现象是相似的。,11.1.1相似定理,定理,如果描述一物理现象要有n个物理变量（其中有k个物理量的因次是独立的，可作为基本测量单位）构成一个因次齐次方程式，则此方程式可转化为（n-k）个互相独立的无因次乘积（n-k）组成的方程式，或简言之，可以转化为一个完整无因次乘积集合之间的关系式。,具体应用时应保证模型和实体满足相似三定理，主要有以下几项内容: （1）模型与原形的几何相似 要求模型与实体几何形状相似，几何相似是物理模拟的基本条件，为此满足长度比为常数，即,几何相似比； 分别为实体和模型的线性尺寸。,（2）模型与原形的运动相似 要求模拟与实体所有各对应点的运动情况相似，即要求各对应点的速度、加速度、运动时间等都成一定比例。所以，要求时间比为常数，即：,时间相似比。,（3）模型与原形的动力相似 要求模型和实体的所用作用力都相似。矿山压力主要考虑覆岩的自重，因此要求原型与模型的容重比为常数，即：,容重相似比；,分别为原型和模型的容重。,（4）模型与原型的应力相似,模型正面及位移测点布置图 应力测点布置及动态应变仪,YJ-5型静动态应变仪 DTM-531E型全站仪,模型1老顶周期垮落步距,模型1老顶初次垮落步距图,
