冲击地压和煤与瓦斯的统一认识.pptVIP

向各位总工程师致敬！ 冲击地压与煤与瓦斯突出的统一认识 河南理工大学能源学院 采矿系主任 李化敏 教授 发言提纲 冲击的一般概念 冲击地压简单机理 冲击地压和煤与瓦斯的异同 预测与防治 冲击地压的定义 冲击地压是世界范围内矿井中最严重的自然灾害之一。 冲击地压是聚积在巷道周围煤岩体中的弹性能突然释放引发的动力现象，是一种特殊的矿山压力显现形式。常以煤（岩）体剧烈的突出破坏为特征。 冲击地压发生时，如同在煤岩体内装有大量炸药一样，煤和岩石突然被抛出，被抛出的煤和岩石从几吨到几百吨不等，可造成支架折损，巷道堵塞，并伴有巨大声响和岩体震动，震动持续时间从几秒到几十秒。 记录到的最大震级已超过里氏5级，震动频率在1—104Hz，有时可能诱发其它矿井灾害，如煤与瓦斯突出等。 冲击地压案例 1738年英国南斯塔福煤田发生世界上有记录的首例冲击地压以来,目前世界几乎所有采矿国家都有冲击地压发生。 我国1933年在抚顺胜利矿发生有记录的首例冲击地压。目前，我国发生冲击地压的矿井超过80个。 1960年1月20日南非的CoalbrockNorth煤矿发生了一次冲击地压，井下破坏面积达300万ｍ2,死亡432人。 抚顺龙风矿1978年5月13日发生在602东翼采区1煤门5/4东震级为0.6级的冲击地压，造成煤炭突出138.6ｔ，4人死亡，6人被埋。 1974年10月25日北京矿务局城子矿在回收煤柱时发生震级为3.4级冲击地压， 造成29人死亡。 随着矿井进入深部开采，冲击地压的灾害将日趋严重。 冲击地压的分类 按发生原因分： 压力冲击型—如同坚硬的煤样在实验机上破坏一样； 突发型冲击—其原因是突然加载。岩层上覆厚而坚固的老顶伸出加在煤柱上，先是加紧后是加载，当达到一定跨度时发生折断和跨落。造成处在极限应力状态的矿柱瞬时破坏。（采煤工作面） 爆裂型冲击——原因是直接顶上部或直接底板下部存在塑性夹层，在刚性岩层之间的软夹层被挤出，造成刚性岩层的突然爆裂。 按冲击源分：重力型；构造型；综合型 冲击地压基本理论 冲击地压的强度理论 冲击地压机理的研究始于南非金属矿岩爆问题的研究，早期人们关注的是煤岩体的强度问题，因此提出了“强度理论”，它主要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，当应力达到煤岩极限强度时煤岩层发生突然破坏，形成冲击。 冲击地压的应力条件为： σ/σ*≥1 式中，σ为煤岩体承受的应力；σ*为煤岩系统的强度。（根据冲击地压的强度理论，在矿井生产的实践中，采取降低集中应力的措施对冲击地压防治工作起到了积极的促进作用） 实际上井巷和采场周围的岩体常出现应力超过极限强度的现象，但大多数煤岩并非发生冲击现象而是进入强度后平稳的变形阶段，而且，煤岩体的破坏是一个连续的不断损伤的过程，说明强度理论提出的判据不充分。 ?冲击地压的破坏速度理论 后来一些学者在对煤岩进行试验时发现，加载速度与是否发生冲击有关，即，加载速度慢则破坏平稳，加载速度快时破坏过程猛烈。据此，引入了脆性指标N的判据，认为，只有当N＞1时冲击地压才可能发生。 N=vh/vc 式中，vh为加载引起的应力状态变化速度；vc为煤岩层应力松弛的极限速度。 刚度理论 刚性试验机出现以后，把普通试验机与刚度试验机试验结果进行比较，发现试件的平稳变形与突然破坏取决于试件的刚度Kp和试验机刚度Ko的比值，当| Kp|＞|Ko |（普通试验机）时，试件发生突然破坏，相反，当| Kp|＜|Ko |（刚性试验机）时，试件破坏过程平稳。 能量理论 60年代中期，南非学者Cook在对大量的冲击现象研究后，提出了随着采掘范围的扩大，矿体—围岩系统在力学平衡状态破坏时，释放的能量大于消耗的能量时，即产生冲击地压；后来，许多学者对此进行了补充和完善。形成目前大家公认的能量理论。 该理论认为，能量释放的多少与局部矿山系统的刚度有关，而矿山系统的刚度与煤岩层变形有关，煤岩层的可压缩性是其内在属性，因而导致矿山系统刚度的降低，从而引起能量的非稳定释放，开采过程中释放的剩余能量，就是产生冲击地压的能量。该理论还考虑时间因素，以单位时间的能量消耗为判据，否则即使释放的能量远大于消耗的能量，但是它是在一段很长的时间内完成释放的也不会产生冲击地压。其判据为： 式中: WE—围岩储存的能量； α—围岩能量释放有效系数； WS—煤体储存的能量； β—煤体的能量释放有效系数； Wd—消耗于煤体与围岩交界出处和煤体破坏阻力的能量。 能量理论从能量转化的角度解释了冲击地压形成的原因，是冲击地压机理研究向前迈进了一大进