冲击倾向性与冲击危险性理论及冲击地压防治实践研究课件

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1、冲击倾向性与冲击危险性理论冲击倾向性与冲击危险性理论及冲击地压防治实践研究及冲击地压防治实践研究齐齐 庆庆 新新博士后博士后博士后博士后/ /研究员研究员研究员研究员/ /首席专家首席专家首席专家首席专家/ /研究室主任研究室主任研究室主任研究室主任煤 炭 科 学 研 究 总 院 北 京 开 采 研 究 所煤 炭 科 学 研 究 总 院 北 京 开 采 研 究 所天 地 科 技 股 份 有 限 公 司 开 采 所 事 业 部天 地 科 技 股 份 有 限 公 司 开 采 所 事 业 部20*年8月第1页，共54页。提纲n n1 1 1 1 冲击地压灾害严重性及研究的必要性冲击地压灾害严重性及研

2、究的必要性冲击地压灾害严重性及研究的必要性冲击地压灾害严重性及研究的必要性n n2 2 2 2 冲击倾向性冲击倾向性冲击倾向性冲击倾向性 2.1 2.1 冲击倾向性理论冲击倾向性理论冲击倾向性理论冲击倾向性理论 2.2 2.2 组合煤岩的冲击倾向性组合煤岩的冲击倾向性组合煤岩的冲击倾向性组合煤岩的冲击倾向性n n3 3 3 3 冲击危险性冲击危险性冲击危险性冲击危险性 3.1 3.1 冲击危险性的定义冲击危险性的定义冲击危险性的定义冲击危险性的定义 3.2 3.2 冲击危险性等级与冲击危险性评价方法冲击危险性等级与冲击危险性评价方法冲击危险性等级与冲击危险性评价方法冲击危险性等级与冲击危险性评

3、价方法 3.3 3.3 地质动力区划法在在评价冲击危险性中的应用地质动力区划法在在评价冲击危险性中的应用地质动力区划法在在评价冲击危险性中的应用地质动力区划法在在评价冲击危险性中的应用 3.4 3.4 数量化理论方法在评价冲击危险性中的应用数量化理论方法在评价冲击危险性中的应用数量化理论方法在评价冲击危险性中的应用数量化理论方法在评价冲击危险性中的应用n n4 4 4 4 冲击地压实例冲击地压实例冲击地压实例冲击地压实例 4.1 4.1 华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压 4.2 4.2 深部

4、开采非坚硬顶板条件冲击地压深部开采非坚硬顶板条件冲击地压深部开采非坚硬顶板条件冲击地压深部开采非坚硬顶板条件冲击地压 4.3 4.3 急倾斜特厚煤层开采冲击地压急倾斜特厚煤层开采冲击地压急倾斜特厚煤层开采冲击地压急倾斜特厚煤层开采冲击地压n n5 5 5 5 结论结论结论结论第2页，共54页。几个概念：几个概念：n n冲击倾向性n n冲击危险性n n冲击地压、岩爆、矿震n n冲击地压预测n n冲击地压防治第3页，共54页。1 1 冲击地压灾害严重性及研究的必要性冲击地压灾害严重性及研究的必要性n n我国冲击地压灾害日趋严重我国冲击地压灾害日趋严重 l l截止截止截止截止20042004年年底，

5、新发生冲击地压的矿井近年年底，新发生冲击地压的矿井近年年底，新发生冲击地压的矿井近年年底，新发生冲击地压的矿井近7070个，分布范围扩大到新汶、徐州、兖州、华亭等个，分布范围扩大到新汶、徐州、兖州、华亭等个，分布范围扩大到新汶、徐州、兖州、华亭等个，分布范围扩大到新汶、徐州、兖州、华亭等局矿局矿局矿局矿l l开采深度已达到开采深度已达到开采深度已达到开采深度已达到7507501250 m1250 ml l仅仅仅仅19971997年至年至年至年至20042004年底，在大同、抚顺、北京、年底，在大同、抚顺、北京、年底，在大同、抚顺、北京、年底，在大同、抚顺、北京、华亭、阜新等局矿因冲击地压的发生

6、而导致的重华亭、阜新等局矿因冲击地压的发生而导致的重华亭、阜新等局矿因冲击地压的发生而导致的重华亭、阜新等局矿因冲击地压的发生而导致的重大伤亡事故就多达大伤亡事故就多达大伤亡事故就多达大伤亡事故就多达1010余起，死伤人数达百余人。余起，死伤人数达百余人。余起，死伤人数达百余人。余起，死伤人数达百余人。 第4页，共54页。02004006008001000198519901995200020052010年份采深/M020406080100120140数量冲击地压矿井平均开采深度冲击地压矿井数量冲击地压矿井数量与采深随时间变化冲击地压矿井数量与采深随时间变化第5页，共54页。n n冲击地压发生机

7、理至今尚不完全清楚冲击地压发生机理至今尚不完全清楚n n冲击地压发生机理至今尚不完全清楚冲击地压发生机理至今尚不完全清楚n n冲击地压预测防治的有效性不高冲击地压预测防治的有效性不高n n冲击倾向性和冲击危险性能够够从本质上冲击倾向性和冲击危险性能够够从本质上 认识冲击地压问题认识冲击地压问题第6页，共54页。“三因素三因素”理论理论n n内在因素（冲击倾向性）内在因素（冲击倾向性）n n力源因素（采动应力集中）力源因素（采动应力集中）n n结构因素（弱面软层结构）结构因素（弱面软层结构）第7页，共54页。巷道冲巷道冲击地地压描述描述第8页，共54页。冲击地压冲击地压：煤岩体在高应力作用下产生

8、的煤岩体在高应力作用下产生的 动力破坏现象。动力破坏现象。岩岩 爆爆：高地应力条件下硬脆性围岩因高地应力条件下硬脆性围岩因 弹性应变能突然释放而产生的弹性应变能突然释放而产生的 爆裂、剥落、弹射甚至抛掷。爆裂、剥落、弹射甚至抛掷。 矿矿 震震：采矿活动而引起的诱发地震。采矿活动而引起的诱发地震。既有联系，又有显著差异既有联系，又有显著差异震级、烈度、震源震级、烈度、震源分级分类：应以破坏为主分级分类：应以破坏为主失稳、破失稳、破坏、局部坏、局部性性第9页，共54页。岩爆现象描述岩爆现象描述 第10页，共54页。 （a） Displacement Displacement vectorsvect

9、ors （b）Stress vectorsStress vectors煤巷煤巷第11页，共54页。（a） Displacement Displacement vectorsvectors （b）Stress vectorsStress vectors硬岩巷硬岩巷第12页，共54页。（a） Displacement vectors（b）Stress vectors 完整岩层完整岩层(水平水平) 第13页，共54页。（a） Displacement vectors（b）Stress vectors 完整岩层完整岩层(30) 第14页，共54页。n n组合煤岩的摩擦滑动失稳实验组合煤岩的摩擦滑动失稳

10、实验l l岩石材料的摩擦滑动性状：两种滑动特性，即岩石材料的摩擦滑动性状：两种滑动特性，即岩石材料的摩擦滑动性状：两种滑动特性，即岩石材料的摩擦滑动性状：两种滑动特性，即稳定滑动和粘滑稳定滑动和粘滑稳定滑动和粘滑稳定滑动和粘滑l l实际发生冲击地压的煤岩体实际发生冲击地压的煤岩体 ：“三硬三硬”结构结构 ，且在顶板与煤层之间存在着一层较薄的粉，且在顶板与煤层之间存在着一层较薄的粉状软煤状软煤l l实际冲击地压多发生在断层、背向斜构造实际冲击地压多发生在断层、背向斜构造及煤层变薄带附近及煤层变薄带附近 l l冲击后主要表现为煤体的冲出冲击后主要表现为煤体的冲出 第15页，共54页。n n三种试样

11、三种试样砂岩砂岩砂岩砂岩砂岩煤砂岩煤煤煤试样煤煤试样 三种试样示意图三种试样示意图第16页，共54页。砂岩砂岩砂岩试样摩擦滑动曲线砂岩试样摩擦滑动曲线 砂岩砂岩煤试样摩擦滑动曲线煤试样摩擦滑动曲线 煤煤煤试样摩擦滑动曲线煤试样摩擦滑动曲线n分析结果：l砂岩煤试样： 粘滑现象l砂岩砂岩 煤煤试样： 稳定滑动状态 第17页，共54页。2 2 冲击倾向性冲击倾向性n n2.1 冲击倾向性理论冲击倾向性理论 反反映映煤煤岩岩材材料料产产生生冲冲击击破破坏坏能能力力的的固固有属性称之为冲击倾向性。有属性称之为冲击倾向性。l l煤的动态破坏时间煤的动态破坏时间煤的动态破坏时间煤的动态破坏时间DTDTl l

12、弹性能量指数弹性能量指数WETl l冲击能量指数冲击能量指数KEl l顶板弯曲能量指数顶板弯曲能量指数UWQ第18页，共54页。煤样动态破坏时间测定示意图煤样动态破坏时间测定示意图 第19页，共54页。弹性变形能指数测定示意图弹性变形能指数测定示意图第20页，共54页。冲击能量指数测定示意图冲击能量指数测定示意图第21页，共54页。煤层冲击倾向性分类表煤层冲击倾向性分类表分类指标无冲击倾向弱冲击倾向强冲击倾向煤的动态破坏时间DT/msDT50050DT500DT50弹性能量指数WETWET22WET5WET5冲击能量指数KEKE1.51.5KE5KE5第22页，共54页。顶板冲击倾向性分类表顶

13、板冲击倾向性分类表分类指标1类2类3类无冲击倾向弱冲击倾向强冲击倾向弯曲能量指数UWQUWQ1010UWQ100UWQ100第23页，共54页。n n2.2 组合煤岩的冲击倾向性组合煤岩的冲击倾向性l l冲击地压的发生不仅仅与煤、岩层的冲击倾冲击地压的发生不仅仅与煤、岩层的冲击倾向性有关向性有关 ，而且与煤岩层的结构特点和煤岩，而且与煤岩层的结构特点和煤岩层的组合形式具有密切的关系层的组合形式具有密切的关系 l为使煤岩冲击倾向性测定更能充分反映煤岩层为使煤岩冲击倾向性测定更能充分反映煤岩层实际特点实际特点 ，开展了煤岩组合模型的冲击倾向性，开展了煤岩组合模型的冲击倾向性实验测定研究。实验测定研

14、究。第24页，共54页。各类煤岩组合模型的组合方式表各类煤岩组合模型的组合方式表 组合形式组合形式高度比例高度比例组合形式组合形式高度比例高度比例煤：直接顶：基本顶煤：直接顶：基本顶1 1：1 1：1 1底板：煤：基本顶底板：煤：基本顶1 1：1 1：1 1煤：直接顶煤：直接顶1 1：1 1煤：直接顶煤：直接顶1 1：2 2煤：底板煤：底板1 1：1 1煤：基本顶煤：基本顶1 1：1 1煤：基本顶煤：基本顶1 1：2 2煤：基本顶煤：基本顶1 1：3 3底板：煤：基本顶底板：煤：基本顶1 1：1 1：1 1第25页，共54页。 （a）组合模型；（）组合模型；（b）、（）、（c）组合模型承压破坏

15、的状况）组合模型承压破坏的状况组合模型破坏前后的状况组合模型破坏前后的状况第26页，共54页。 某矿煤的动态破坏时间曲线某矿煤的动态破坏时间曲线 某矿煤的冲击能量曲线某矿煤的冲击能量曲线 某矿煤的弹性能量曲线对比某矿煤的弹性能量曲线对比 第27页，共54页。l l组合模型的冲击倾向性强于单一煤试件组合模型的冲击倾向性强于单一煤试件l l组合模型的抗压强度高于单一煤试件，变形组合模型的抗压强度高于单一煤试件，变形量大于单一煤试件量大于单一煤试件l l用组合模型测定冲击倾向性与所用煤、岩石用组合模型测定冲击倾向性与所用煤、岩石自身的性质具有很大关系自身的性质具有很大关系 ：煤、岩石的抗压：煤、岩石

16、的抗压强度都高，冲击倾向性强，组合后冲击倾向强度都高，冲击倾向性强，组合后冲击倾向性更加剧烈；煤与岩石的抗压强度相差无几，性更加剧烈；煤与岩石的抗压强度相差无几，组合模型的冲击倾向性变化不大；岩石比煤组合模型的冲击倾向性变化不大；岩石比煤的抗压强度越高，组合模型的冲击倾向性比的抗压强度越高，组合模型的冲击倾向性比单一煤试件的越强烈。单一煤试件的越强烈。 第28页，共54页。3 冲击危险性冲击危险性n n3.1 冲击危险性的定义冲击危险性的定义l l发生冲击地压的可能性及其危险程度发生冲击地压的可能性及其危险程度l l冲击危险性在冲击地压研究具有重要的意义冲击危险性在冲击地压研究具有重要的意义冲

17、击危险性在冲击地压研究具有重要的意义冲击危险性在冲击地压研究具有重要的意义 l l只只只只有有有有在在在在冲冲冲冲击击击击危危危危险险险险性性性性评评评评价价价价基基基基础础础础上上上上，才才才才能能能能对对对对冲冲冲冲击击击击危险区域采取相应的防治措施危险区域采取相应的防治措施危险区域采取相应的防治措施危险区域采取相应的防治措施 第29页，共54页。n n3.2 冲击危险性等级与冲击危险性评价方法冲击危险性等级与冲击危险性评价方法l l国际上没有形成统一的冲击地压分类方案国际上没有形成统一的冲击地压分类方案 l l我国冲击地压煤层安全开采暂行规定规定我国冲击地压煤层安全开采暂行规定规定了我国

18、煤矿冲击地压分类方法，即按冲击地压了我国煤矿冲击地压分类方法，即按冲击地压的破坏后果划分为一般冲击地压、破坏性冲击的破坏后果划分为一般冲击地压、破坏性冲击地压和冲击地压事故。地压和冲击地压事故。l l综合考虑不同类型的冲击地压机理、特征和综合考虑不同类型的冲击地压机理、特征和破坏的宏观表现等，把冲击地压分为破坏的宏观表现等，把冲击地压分为6级级 第30页，共54页。冲冲击地地压强强度分度分级表表等级等级冲击地压性冲击地压性质质抛出煤量抛出煤量/t破坏半径破坏半径/m震级震级/ML震动持续时间震动持续时间/s1 微弱或微弱或无无煤体重力型煤体重力型05061.01.62.52 弱弱煤体重力型煤体

19、重力型5100201.72.02.04.03 中等中等煤体重力型煤体重力型101520402.02.44.06.04 较强较强顶板弹性型顶板弹性型煤体构造型煤体构造型152030602.42.85.010.05 强烈强烈顶板断裂型顶板断裂型202550802.63.210.030.06 极强烈极强烈顶板断裂型顶板断裂型断层位错型断层位错型2580 3.0 30第31页，共54页。n我国还没有一个比较科学的冲击危险性评价方法我国还没有一个比较科学的冲击危险性评价方法n冲击危险性评价方法主要有经验类比分析法、钻屑法、地音监冲击危险性评价方法主要有经验类比分析法、钻屑法、地音监测法、微震监测法和含水

20、率测定方法等。测法、微震监测法和含水率测定方法等。n采用单一的冲击危险性指标有可能会给冲击危险性评价造成很采用单一的冲击危险性指标有可能会给冲击危险性评价造成很大误差，严重影响着煤矿企业的安全生产。大误差，严重影响着煤矿企业的安全生产。n影响冲击危险性的因素是复杂多样的，要想更准确地对其进影响冲击危险性的因素是复杂多样的，要想更准确地对其进行评价，需要综合考虑影响冲击地压发生的各个因素或者能行评价，需要综合考虑影响冲击地压发生的各个因素或者能反映它们的具体指标，从而选择合适的评价方法来对各个因反映它们的具体指标，从而选择合适的评价方法来对各个因素进行评价，最终准确衡量冲击危险性，为采取防治措施

21、提素进行评价，最终准确衡量冲击危险性，为采取防治措施提供依据。供依据。地质动力区划法、数量化理论方法第32页，共54页。n n3.3 3.3 地质动力区划法在评价冲击危险性中的应用地质动力区划法在评价冲击危险性中的应用地质动力区划法在评价冲击危险性中的应用地质动力区划法在评价冲击危险性中的应用l l地质动力区划是地质动力学的一个新分支，它基地质动力区划是地质动力学的一个新分支，它基地质动力区划是地质动力学的一个新分支，它基地质动力区划是地质动力学的一个新分支，它基于板块构造学说，根据地形地貌的基本形态和主于板块构造学说，根据地形地貌的基本形态和主于板块构造学说，根据地形地貌的基本形态和主于板块

22、构造学说，根据地形地貌的基本形态和主要特征决定于地质构造形式的原理，通过对地形要特征决定于地质构造形式的原理，通过对地形要特征决定于地质构造形式的原理，通过对地形要特征决定于地质构造形式的原理，通过对地形地貌的分析地貌的分析地貌的分析地貌的分析, , , ,查明区域断裂的形成与发展，综合应查明区域断裂的形成与发展，综合应查明区域断裂的形成与发展，综合应查明区域断裂的形成与发展，综合应用地应力测量、数值分析和模糊推理等技术手段，用地应力测量、数值分析和模糊推理等技术手段，用地应力测量、数值分析和模糊推理等技术手段，用地应力测量、数值分析和模糊推理等技术手段，查明影响冲击地压发生的各种因素。查明影

23、响冲击地压发生的各种因素。查明影响冲击地压发生的各种因素。查明影响冲击地压发生的各种因素。 l l地质动力区划方法把矿区活动构造体系、采矿工地质动力区划方法把矿区活动构造体系、采矿工地质动力区划方法把矿区活动构造体系、采矿工地质动力区划方法把矿区活动构造体系、采矿工艺过程和冲击地压的发生看作是一个动态体系，艺过程和冲击地压的发生看作是一个动态体系，艺过程和冲击地压的发生看作是一个动态体系，艺过程和冲击地压的发生看作是一个动态体系，建立地质动力区划决策支持系统。建立地质动力区划决策支持系统。建立地质动力区划决策支持系统。建立地质动力区划决策支持系统。 第33页，共54页。n n3.4 3.4 数

24、量化理论方法在评价冲击危险性中的应用数量化理论方法在评价冲击危险性中的应用数量化理论方法在评价冲击危险性中的应用数量化理论方法在评价冲击危险性中的应用l l数量化理论是多元分析的一个重要分支数量化理论是多元分析的一个重要分支数量化理论是多元分析的一个重要分支数量化理论是多元分析的一个重要分支l l是专门处理定性数据的有力工具，它以是专门处理定性数据的有力工具，它以是专门处理定性数据的有力工具，它以是专门处理定性数据的有力工具，它以0 0和和和和1 1标标标标记反应值，运用多元分析的原理和方法揭示事记反应值，运用多元分析的原理和方法揭示事记反应值，运用多元分析的原理和方法揭示事记反应值，运用多元

25、分析的原理和方法揭示事物的内在规律。物的内在规律。物的内在规律。物的内在规律。l l数量化理论根据变量在研究问题中所处的地位数量化理论根据变量在研究问题中所处的地位数量化理论根据变量在研究问题中所处的地位数量化理论根据变量在研究问题中所处的地位的不同，可以把变量分成说明变量（自变量）的不同，可以把变量分成说明变量（自变量）的不同，可以把变量分成说明变量（自变量）的不同，可以把变量分成说明变量（自变量）和基准变量（因变量）两种。和基准变量（因变量）两种。和基准变量（因变量）两种。和基准变量（因变量）两种。l l变量又可分为定量变量和定性变量。对于定性变量又可分为定量变量和定性变量。对于定性变量又

26、可分为定量变量和定性变量。对于定性变量又可分为定量变量和定性变量。对于定性变量及其数据，设法按某一合理的原则，实现变量及其数据，设法按某一合理的原则，实现变量及其数据，设法按某一合理的原则，实现变量及其数据，设法按某一合理的原则，实现向定量方面的转化，并以得到的定量数据为基向定量方面的转化，并以得到的定量数据为基向定量方面的转化，并以得到的定量数据为基向定量方面的转化，并以得到的定量数据为基础进行评价或分类等研究，就是数量化理论的础进行评价或分类等研究，就是数量化理论的础进行评价或分类等研究，就是数量化理论的础进行评价或分类等研究，就是数量化理论的内容和目的。内容和目的。内容和目的。内容和目的

27、。第34页，共54页。n n评价项目和类目的设置评价项目和类目的设置l l变量称为项目，项目的不同取值变量称为项目，项目的不同取值变量称为项目，项目的不同取值变量称为项目，项目的不同取值 称为类目称为类目称为类目称为类目l l冲击危险性中，冲击危险性中，冲击危险性中，冲击危险性中，1919个评价项目，共个评价项目，共个评价项目，共个评价项目，共4747个类目个类目个类目个类目第35页，共54页。冲冲击危危险性性评价价项目目类目目设置表置表X4煤层脆性项目类目项目类目X1 煤的冲击倾向性C11弱冲击倾向性C12中等冲击倾向性C13强烈冲击倾向性X11断层情况C11.1 断层落差较大C11.2 断

28、层落差不大或没有X2 煤层赋存状况C21较稳定C22不稳定X12褶曲情况C12.1 褶曲起伏较大C12.2 褶曲起伏不大或没有X3煤层倾角C31近水平煤层C32缓倾斜煤层C33倾斜煤层C34急倾斜煤层X13水平构造应力C13.1 水平构造应力较高C13.2 水平构造应力中等C13.3 水平构造应力较低C41 20 C42 20X14开采方法C14.1 综放开采或大采高开采C14.2 分层开采C14.3 其他X5煤层厚度C51薄煤层C52厚及中厚煤层C53特厚煤层X15支承压力影响范围C15.1 30mC15.2 30mX6 煤层埋深C61 500mC62 500m700mC63 700mX16

29、煤柱影响C16.1 影响较大C16.2 无或影响较小X7老顶脆性 C71 20 C72 20X17开采布置、推采方向、开采程序等造成的应力集中C17.1 应力集中程度较高C17.2 应力集中程度中等C17.3 应力集中程度较低X8老顶厚度C81 20mC82 20mX18 发生位置C18.1 工作面C18.2 巷道C18.3 工作面和巷道X9顶板冲击倾向性C91 弱冲击倾向性C92中等冲击倾向性C93强烈冲击倾向性X19 打眼、放炮、割煤、等诱发作用C19.1 受诱发作用影响程度较高C19.2 受诱发作用影响程度较低X10底板岩石性质C10.1底板坚硬C10.2底板松软第36页，共54页。 通

30、过建模及计算，将样本原来值与评价值比较，比较图如图所示。原等原等级与与评价等价等级比比较图第37页，共54页。富力煤富力煤矿冲冲击危危险性等性等级确定表确定表分级各危险等级中心坐标距中心坐标距离（采取防治措施前）距中心坐标距离（采取防治措施后）1级V1(0.39，-0.28，-0.72，0.37)0.300.242级V2(0.32，-0.36，-0.96，0.24)0.350.223级V3(0.24，-0.12，-0.83，0.22)0.200.224级V4(0.24，-0.21，-0.95，0.47)0.230.095级V5(0.14，-0.23，-0.85，0.32)0.100.176级V

31、6(0.10，-0.35，-0.78，0.34)0.190.27l从表可以看出，防治措施未采取时，评价区域的得分坐从表可以看出，防治措施未采取时，评价区域的得分坐标与标与5级冲击危险性的中心坐标距离最近，级冲击危险性的中心坐标距离最近，因此属于强冲击危险。因此属于强冲击危险。l而采取防治措施后，评价区域的得分坐标与而采取防治措施后，评价区域的得分坐标与4级冲击级冲击危险性的中心坐标距离最近，因此属于中等冲击危险。危险性的中心坐标距离最近，因此属于中等冲击危险。 第38页，共54页。华亭煤亭煤矿冲冲击危危险等等级确定表确定表分级各危险等级中心坐标距中心坐标距离（采取防治措施前）距中心坐标距离（采

32、取防治措施后）1级V1(0.39，-0.28，-0.72，0.37)0.550.472级V2(0.32，-0.36，-0.96，0.24)0.340.243级V3(0.24，-0.12，-0.83，0.22)0.470.324级V4(0.24，-0.21，-0.95，0.47)0.320.305级V5(0.14，-0.23，-0.85，0.32)0.400.306级V6(0.10，-0.35，-0.78，0.34)0.480.41l从表可以看出，防治措施未采取时，评价区域的得从表可以看出，防治措施未采取时，评价区域的得分坐标与分坐标与4级冲击危险性的中心坐标距离最近，因此级冲击危险性的中心坐标

33、距离最近，因此属于强冲击危险。属于强冲击危险。l防治措施实施后，评价区域的得分坐标与防治措施实施后，评价区域的得分坐标与2级冲击危险性级冲击危险性的中心坐标距离最近，因此属于弱冲击危险。的中心坐标距离最近，因此属于弱冲击危险。第39页，共54页。4 4 冲击地压实例冲击地压实例n n4.1 4.1 华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压华丰煤矿巨厚砂砾岩坚硬顶板冲击地压l l华丰煤矿冲击地压主要发生在华丰煤矿冲击地压主要发生在华丰煤矿冲击地压主要发生在华丰煤矿冲击地压主要发生在4 4层煤，四层煤的单轴抗压层煤，四层煤的单轴抗压层煤

34、，四层煤的单轴抗压层煤，四层煤的单轴抗压强度为强度为强度为强度为21.75MPa21.75MPa，其直接顶为，其直接顶为，其直接顶为，其直接顶为49 m49 m的粉砂岩，单轴的粉砂岩，单轴的粉砂岩，单轴的粉砂岩，单轴抗压强度为抗压强度为抗压强度为抗压强度为69.6 MPa69.6 MPa，单轴抗拉强度为，单轴抗拉强度为，单轴抗拉强度为，单轴抗拉强度为3.81 MPa3.81 MPa。老。老。老。老顶总厚度为顶总厚度为顶总厚度为顶总厚度为78 m78 m，其中第一分层，其中第一分层，其中第一分层，其中第一分层22 m22 m，为中细和中粗，为中细和中粗，为中细和中粗，为中细和中粗砂岩，第二分层厚

35、砂岩，第二分层厚砂岩，第二分层厚砂岩，第二分层厚56 m56 m，为中细砂岩。老顶之上为，为中细砂岩。老顶之上为，为中细砂岩。老顶之上为，为中细砂岩。老顶之上为70 70 mm泥岩和红土层，红土层之上为泥岩和红土层，红土层之上为泥岩和红土层，红土层之上为泥岩和红土层，红土层之上为500 m500 m以上的坚硬砂砾以上的坚硬砂砾以上的坚硬砂砾以上的坚硬砂砾岩。岩。岩。岩。l l经实验室测定，华丰煤矿经实验室测定，华丰煤矿经实验室测定，华丰煤矿经实验室测定，华丰煤矿4 4层煤的动态破坏时间层煤的动态破坏时间层煤的动态破坏时间层煤的动态破坏时间DTDT为为为为3046ms3046ms，弹性能量指数为

36、，弹性能量指数为，弹性能量指数为，弹性能量指数为10161016，冲击能量指数为，冲击能量指数为，冲击能量指数为，冲击能量指数为4.95.14.95.1，顶板岩层的弯曲能量指数为，顶板岩层的弯曲能量指数为，顶板岩层的弯曲能量指数为，顶板岩层的弯曲能量指数为49KJ49KJ。即。即。即。即4 4层煤具有严层煤具有严层煤具有严层煤具有严重的冲击倾向性，顶板岩层具有中等冲击倾向性。重的冲击倾向性，顶板岩层具有中等冲击倾向性。重的冲击倾向性，顶板岩层具有中等冲击倾向性。重的冲击倾向性，顶板岩层具有中等冲击倾向性。第40页，共54页。华丰华丰“3.11”冲击事故平面图冲击事故平面图第41页，共54页。n

37、 n4.2 深部开采非坚硬顶板条件冲击地压深部开采非坚硬顶板条件冲击地压l l随着厚及特厚煤层的综采放顶煤、大采高等高强随着厚及特厚煤层的综采放顶煤、大采高等高强随着厚及特厚煤层的综采放顶煤、大采高等高强随着厚及特厚煤层的综采放顶煤、大采高等高强度开采技术的推广应用，发生冲击地压矿井的煤度开采技术的推广应用，发生冲击地压矿井的煤度开采技术的推广应用，发生冲击地压矿井的煤度开采技术的推广应用，发生冲击地压矿井的煤岩层结构发生了一定的改变，即不仅在坚硬顶板岩层结构发生了一定的改变，即不仅在坚硬顶板岩层结构发生了一定的改变，即不仅在坚硬顶板岩层结构发生了一定的改变，即不仅在坚硬顶板条件下发生冲击地压

38、，而且在非坚硬顶板条件下条件下发生冲击地压，而且在非坚硬顶板条件下条件下发生冲击地压，而且在非坚硬顶板条件下条件下发生冲击地压，而且在非坚硬顶板条件下也相继发生冲击地压灾害，甚至由此引发更为严也相继发生冲击地压灾害，甚至由此引发更为严也相继发生冲击地压灾害，甚至由此引发更为严也相继发生冲击地压灾害，甚至由此引发更为严重的瓦斯或煤尘爆炸灾害。重的瓦斯或煤尘爆炸灾害。重的瓦斯或煤尘爆炸灾害。重的瓦斯或煤尘爆炸灾害。l l例如，例如，例如，例如， 2003 2003年淮北芦岭煤矿年淮北芦岭煤矿年淮北芦岭煤矿年淮北芦岭煤矿“5.13”“5.13”因顶板冲因顶板冲因顶板冲因顶板冲击引起采空区瓦斯喷出导致

39、瓦斯爆炸事故，击引起采空区瓦斯喷出导致瓦斯爆炸事故，击引起采空区瓦斯喷出导致瓦斯爆炸事故，击引起采空区瓦斯喷出导致瓦斯爆炸事故，20042004年陕西陈家山煤矿年陕西陈家山煤矿年陕西陈家山煤矿年陕西陈家山煤矿 “11.28” “11.28”综放开采自然发火综放开采自然发火综放开采自然发火综放开采自然发火引发瓦斯爆炸事故，引发瓦斯爆炸事故，引发瓦斯爆炸事故，引发瓦斯爆炸事故，20052005年辽宁孙家湾煤矿年辽宁孙家湾煤矿年辽宁孙家湾煤矿年辽宁孙家湾煤矿“2.14” “2.14” 综放开采引发矿震导致的瓦斯爆炸事故。综放开采引发矿震导致的瓦斯爆炸事故。综放开采引发矿震导致的瓦斯爆炸事故。综放开采

40、引发矿震导致的瓦斯爆炸事故。 第42页，共54页。孙家湾孙家湾”2.14”2.14”事故事故背向斜背向斜第43页，共54页。3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42煤壁前方煤体与煤壁距离/m综放开采、中硬顶板综放开采、坚硬顶板分层开采、中硬顶板分层开采、坚硬顶板大采高采、中硬顶板大层开采、坚硬顶板3633302724211815129630工作面超前支承压力/MPa不同采法条件下初采期间工作面超前支承压力分布规律曲线不同采法条件下初采期间工作面超前支承压力分布规律曲线第44页，共54页。3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 3

41、3 36 39 42煤壁前方煤体与煤壁距离/m33302724211815129630工作面超前支承压力/MPa不同采法条件下正常推采期间工作面超前支承压力分布规律曲线不同采法条件下正常推采期间工作面超前支承压力分布规律曲线 第45页，共54页。n n分析前两个图可以看出 l l(1) (1) (1) (1) 初采条件下，支承压力不因顶板岩性及其初采条件下，支承压力不因顶板岩性及其初采条件下，支承压力不因顶板岩性及其初采条件下，支承压力不因顶板岩性及其强度的改变而改变，即坚硬顶板条件和中硬顶强度的改变而改变，即坚硬顶板条件和中硬顶强度的改变而改变，即坚硬顶板条件和中硬顶强度的改变而改变，即坚硬

42、顶板条件和中硬顶板条件的支承压力分布及应力集中程度是基本板条件的支承压力分布及应力集中程度是基本板条件的支承压力分布及应力集中程度是基本板条件的支承压力分布及应力集中程度是基本相同的；相同的；相同的；相同的；l l(2) (2) (2) (2) 开采方法对工作面超前支承压力分布规律开采方法对工作面超前支承压力分布规律开采方法对工作面超前支承压力分布规律开采方法对工作面超前支承压力分布规律的影响较为明显，分层开采条件下的支承压力的影响较为明显，分层开采条件下的支承压力的影响较为明显，分层开采条件下的支承压力的影响较为明显，分层开采条件下的支承压力峰值无论在初采期间还是在正常回采期间都较峰值无论在

43、初采期间还是在正常回采期间都较峰值无论在初采期间还是在正常回采期间都较峰值无论在初采期间还是在正常回采期间都较综放开采和大采高等高强度开采大；综放开采和大采高等高强度开采大；综放开采和大采高等高强度开采大；综放开采和大采高等高强度开采大；l l(3) (3) (3) (3) 开采方法对超前支承压力影响范围的影响开采方法对超前支承压力影响范围的影响开采方法对超前支承压力影响范围的影响开采方法对超前支承压力影响范围的影响较小，超前支承压力影响范围不因开采方法的较小，超前支承压力影响范围不因开采方法的较小，超前支承压力影响范围不因开采方法的较小，超前支承压力影响范围不因开采方法的不同而不同，上述模拟

44、条件下，超前支承压力不同而不同，上述模拟条件下，超前支承压力不同而不同，上述模拟条件下，超前支承压力不同而不同，上述模拟条件下，超前支承压力影响范围在初采期约为影响范围在初采期约为影响范围在初采期约为影响范围在初采期约为25 m25 m25 m25 m，在正常回采期间，在正常回采期间，在正常回采期间，在正常回采期间约为约为约为约为40 m40 m40 m40 m；第46页，共54页。n n非坚硬顶板条件下冲击地压发生l l由于开采深度较大，应力水平相对较高，发生冲击由于开采深度较大，应力水平相对较高，发生冲击地压的应力条件较浅部开采时容易满足；地压的应力条件较浅部开采时容易满足；l l即使顶板

45、为非坚硬顶板，但由于煤层所具有的冲击即使顶板为非坚硬顶板，但由于煤层所具有的冲击倾向性等，本身就具备了发生冲击地压的潜在危险；倾向性等，本身就具备了发生冲击地压的潜在危险；l l不同开采方法使煤岩体的采动条件不同，但综放开不同开采方法使煤岩体的采动条件不同，但综放开采和大采高开采由于煤岩体中的应力集中程度相对采和大采高开采由于煤岩体中的应力集中程度相对有所降低，且应力峰值位置更靠近煤体深部，更有有所降低，且应力峰值位置更靠近煤体深部，更有利于防止冲击地压的发生和降低冲击所造成的破坏；利于防止冲击地压的发生和降低冲击所造成的破坏；l l相同开采深度和煤岩层条件下，分层开采发生冲击相同开采深度和煤

46、岩层条件下，分层开采发生冲击危险性更大，冲击地压灾害的破坏性更加严重。危险性更大，冲击地压灾害的破坏性更加严重。第47页，共54页。n n4.3 急倾斜特厚煤层开采冲击地压急倾斜特厚煤层开采冲击地压l l华亭煤矿开采华亭煤矿开采1010号煤层，煤层倾角号煤层，煤层倾角4545，平均，平均厚度厚度51.51m51.51m，走向长度，走向长度1200m1200m，属急倾斜特厚，属急倾斜特厚易燃煤层。易燃煤层。 l l1010号煤层伪顶岩性为碳质泥岩及砂岩，赋存不号煤层伪顶岩性为碳质泥岩及砂岩，赋存不稳定；直接顶为砂岩或粉砂岩，厚度稳定；直接顶为砂岩或粉砂岩，厚度1.2619.5m1.2619.5m

47、，易垮落，块度大；老顶为粉砂岩，易垮落，块度大；老顶为粉砂岩及细砂岩；煤层底板为泥质胶结的中及细砂岩；煤层底板为泥质胶结的中- -细砂岩。细砂岩。l l矿井地质构造简单，无大的褶曲和断层。矿井地质构造简单，无大的褶曲和断层。l l20042004年年6 6月月8 8日日1111时时3030分，在分，在509509回风顺槽掘进回风顺槽掘进工作面发生了严重的冲击地压事故，在距掘进工作面发生了严重的冲击地压事故，在距掘进工作面工作面120m120m范围内的巷道受到冲击破坏范围内的巷道受到冲击破坏 。 第48页，共54页。爆破前工作面前方应力集中示意图爆破前工作面前方应力集中示意图爆破后工作面前方应力

48、集中示意图爆破后工作面前方应力集中示意图第49页，共54页。工作面前方支承压力对比曲线工作面前方支承压力对比曲线 第50页，共54页。深孔爆破断裂顶板效果（煤体相对应力监测结果）深孔爆破断裂顶板效果（煤体相对应力监测结果）第51页，共54页。5 结论结论n n我国冲击地压灾害日趋严重。我国冲击地压灾害日趋严重。我国冲击地压灾害日趋严重。我国冲击地压灾害日趋严重。 n n冲击倾向性研究在冲击地压机理研究中占有重要的位置冲击倾向性研究在冲击地压机理研究中占有重要的位置冲击倾向性研究在冲击地压机理研究中占有重要的位置冲击倾向性研究在冲击地压机理研究中占有重要的位置 ，尤其组合煤岩试块的冲击倾向性，更

49、符合工程实际。，尤其组合煤岩试块的冲击倾向性，更符合工程实际。，尤其组合煤岩试块的冲击倾向性，更符合工程实际。，尤其组合煤岩试块的冲击倾向性，更符合工程实际。n n冲击危险性在冲击地压研究具有重要的意义，目前冲击危险性在冲击地压研究具有重要的意义，目前冲击危险性在冲击地压研究具有重要的意义，目前冲击危险性在冲击地压研究具有重要的意义，目前我国还没有一个比较科学的冲击危险性分类和评价我国还没有一个比较科学的冲击危险性分类和评价我国还没有一个比较科学的冲击危险性分类和评价我国还没有一个比较科学的冲击危险性分类和评价方法。方法。方法。方法。n n随着开采深部的增加，在厚煤层开采条件下，非坚硬顶板随着

50、开采深部的增加，在厚煤层开采条件下，非坚硬顶板随着开采深部的增加，在厚煤层开采条件下，非坚硬顶板随着开采深部的增加，在厚煤层开采条件下，非坚硬顶板发生冲击地压的现象时有发生，甚至因此造成重大的瓦斯发生冲击地压的现象时有发生，甚至因此造成重大的瓦斯发生冲击地压的现象时有发生，甚至因此造成重大的瓦斯发生冲击地压的现象时有发生，甚至因此造成重大的瓦斯爆炸灾害。爆炸灾害。爆炸灾害。爆炸灾害。n n急倾斜特厚煤层因顶板岩层垮断的非规律性而使冲击地急倾斜特厚煤层因顶板岩层垮断的非规律性而使冲击地急倾斜特厚煤层因顶板岩层垮断的非规律性而使冲击地急倾斜特厚煤层因顶板岩层垮断的非规律性而使冲击地压危害更具灾害性

51、，必须有效防止这类冲击地压事故的压危害更具灾害性，必须有效防止这类冲击地压事故的压危害更具灾害性，必须有效防止这类冲击地压事故的压危害更具灾害性，必须有效防止这类冲击地压事故的发生。发生。发生。发生。 第52页，共54页。问题问题n n冲击地压机理冲击地压机理n n冲击地压预测冲击地压预测n n冲击地压治理冲击地压治理n n工作面回采过程中冲击地压问题工作面回采过程中冲击地压问题n n巷道掘进过程中的冲击地压问题巷道掘进过程中的冲击地压问题n n煤层中的冲击地压煤层中的冲击地压n n岩层中的冲击地压岩层中的冲击地压,即岩爆问题即岩爆问题n n.第53页，共54页。谢谢大家谢谢大家并祝快乐并祝快乐第54页，共54页。