對沖擊地壓及其機理的思考與再認識

對沖擊地壓及其機理的思考與再認識第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六2023/5/28

提綱沖擊地壓災(zāi)害如何有效防治對沖擊地壓及其機理的思考沖擊地壓機理再認識：——沖擊啟動理論的提出沖擊啟動理論的實踐應(yīng)用結(jié)語第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六沖擊地壓災(zāi)害現(xiàn)象第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六一、煤礦沖擊地壓現(xiàn)狀誘發(fā)次生災(zāi)害，造成更加嚴重的災(zāi)難性后果!2003年5月13日，蘆嶺煤礦，沖擊地壓誘發(fā)瓦斯爆炸，造成84人死亡；2005年2月14日，遼寧孫家灣煤礦，沖擊地壓誘發(fā)特大瓦斯爆炸事故，造成214人死亡。第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六一、煤礦沖擊地壓災(zāi)害現(xiàn)狀

近年來我國煤礦沖擊地壓礦井數(shù)量快速增加，至2011年已有142座煤礦發(fā)生過沖擊地壓。第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六預防方法名稱主要應(yīng)用國家、區(qū)域防范方法1.優(yōu)化開拓布置2.解放層開采3.無煤柱開采4.預掘卸壓巷5.寬巷掘進6.寬巷留柱法7.煤層注水8.高壓水射流切槽蘇、波、聯(lián)邦德國、中、聯(lián)邦德國、波、蘇、聯(lián)邦德國、法、中蘇、波蘇、法、中俄、烏、中中二、局部解危方法1.頂板深孔爆破2.煤層卸載爆破3.煤層高壓注水4.大孔卸壓法5.定向水力壓裂法6.斷底爆破法7.預掘卸壓硐室8.煤層高壓水力壓裂9.底板切槽法10.圍巖支護法波、蘇、聯(lián)邦德國、中、波、中、美波、蘇蘇、波蘇蘇中、蘇、波波、中中、波中如何來有效防治沖擊地壓災(zāi)害？沖擊地壓在哪里發(fā)生？第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六監(jiān)測方法名稱主要應(yīng)用國家、巖石力學方法1.鉆屑法2.煤巖體變形測量3.煤巖體應(yīng)力測量4.地質(zhì)構(gòu)造形跡分析5.孔徑（底）沖頭擠壓法6.巖餅法7.地質(zhì)動力區(qū)劃法蘇、波、聯(lián)邦德國、中、日、法、中、聯(lián)邦德國、波、法、匈、美、日、中、美、匈中蘇、波蘇、法、中俄、烏、中二、地球物理方法1.微震監(jiān)測2.流動地音法3.錘擊波速法4.地電法5.地磁法6.重力法7.超聲法8.地音法9.聲發(fā)射法10.電磁輻射法波、蘇、聯(lián)邦德國、中、日、波、中、美波、蘇蘇、波蘇蘇中、蘇、波波、美、中中、波中三、經(jīng)驗類比分析法大部分國家

如何來預測沖擊地壓？到底怎么監(jiān)測？監(jiān)測什么？？第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六目前的機理與實踐脫節(jié)！Cook，1965Petukhov，1979Wetokhe，1981Bieniawski，1985能量理論剛度理論強度理論沖擊傾向三準則失穩(wěn)理論三因素強度弱化減沖機理預測防治問題：沖擊地壓防治“三步走”：……第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六沖擊地壓傳統(tǒng)的認識：一種礦山井巷或采場周圍煤巖體，由于彈性變形能的瞬間釋放而產(chǎn)生的以突然、急劇、猛烈的破壞為特征的動力現(xiàn)象。摘自《煤礦安全規(guī)程》-----------新的機理以沖擊過程為突破口！輸入輸出沖擊地壓開采、地質(zhì)條件災(zāi)害！黑箱認識！沖擊地壓的“黑箱理論”第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六沖擊地壓發(fā)生過程一般就幾十秒的時間。我們看到的往往是沖擊地壓發(fā)生后，顯現(xiàn)的狀態(tài)，是一個結(jié)果，表現(xiàn)為人員傷亡、設(shè)備損壞、巷道破壞等，為此，我們這種沖擊地壓發(fā)生后的結(jié)果性狀態(tài)定義為沖擊地壓顯現(xiàn)。沖擊過程之三：沖擊地壓顯現(xiàn)第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六沖擊過程之一：沖擊啟動無論傾向還是走向定位，震源和沖擊地壓顯現(xiàn)不是同一位置，一定存在一個沖擊啟動區(qū)。震源位置顯現(xiàn)位置第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六沖擊過程之二—沖擊能量傳遞微震監(jiān)測證實沖擊啟動后剩余能量開始傳遞，即沖擊能量傳遞階段存在。頂板煤層底板巷道第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六沖擊地壓是一個“動力學過程”！沖擊地壓輸入輸出沖擊啟動載荷源載荷釋放沖擊能量專遞沖擊地壓顯現(xiàn)任重道遠！輸入輸出地質(zhì)、開采條件災(zāi)害第十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六分別以“沖擊地壓”、“沖擊礦壓”為關(guān)鍵詞，對近10年間的科技文獻進行檢索，共檢索了367篇，分析了87個礦井沖擊地壓發(fā)生地域，主要影響因素。沖擊啟動載荷源的統(tǒng)計分類以上都是外圍因素，雖然復雜多變，但最終都得歸結(jié)于為沖擊啟動提供載荷源（集中靜載荷或集中動載荷）！第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六巷道圍巖形變勢能的集聚取決于該位置主應(yīng)力大小。全煤巷道沖擊地壓啟動的能量判據(jù)為：XΩ0處煤體破壞所需最小能量EC主應(yīng)力最大區(qū)，彈性勢能最大，越容易失穩(wěn)，XΩ0為沖擊啟動區(qū)。沖擊地壓啟動的兩種類型（1）集中靜載荷型沖擊地壓啟動能量判據(jù)集中靜載荷型沖擊地壓發(fā)生力學模型

義馬礦區(qū)千秋礦第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六（2）集中動載荷型沖擊地壓啟動能量判據(jù)采場沖擊地壓啟動的能量判據(jù)為：集中動載荷型沖擊地壓發(fā)生力學模型頂板斷裂動載荷Ed對應(yīng)力峰值區(qū)X0的擾動：X0處煤體破壞所需最小能量EC煤壁應(yīng)力峰值點積聚彈性能計算為：沖擊地壓啟動的兩種類型神華新疆寬溝礦第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六

3沖擊啟動區(qū)為應(yīng)力極限平衡區(qū)，沖擊啟動的能量判據(jù)為。17沖擊地壓啟動理論的提出沖擊地壓啟動理論：

1沖擊地壓發(fā)生是一個動力學過程，依次經(jīng)歷沖擊啟動-沖擊能量傳遞-沖擊地壓顯現(xiàn)三個階段；

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采動圍巖近場集中靜載荷的積聚是沖擊啟動的內(nèi)因，遠場集中動載荷對靜載荷的擾動、加載是沖擊啟動的外因；第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六解決了機理、監(jiān)測與防治相脫節(jié)的問題！第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六2023/5/2819應(yīng)用一：

在沖擊地壓發(fā)生機理中的應(yīng)用第十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六2023/5/2820巷道側(cè)幫支承壓力分布圖Pa-峰值支承壓力Po-原巖應(yīng)力

B-支承壓力帶寬度ro-巷道的平均半徑巷道底板(地基)極限平衡力學模型B-基礎(chǔ)寬度(側(cè)幫支承壓力寬度)

Pu-地基(底板巖體)極限承載力q-回填層或道床壓力或底板支護反力α=45°-φ/2由太沙基地基極限承載力理論公式：在寬度B范圍內(nèi)側(cè)幫集中應(yīng)力的平均值近似為:

千秋21141巷道沖擊地壓分析

constant深部集中靜載荷型沖擊地壓分析（780m）成果體現(xiàn)：半孤島面全煤巷道底板沖擊啟動原理分析[J].

煤炭學報2011,（2）；沖擊地壓危險性預評價與實踐[J].煤炭工程，2011（10）第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六21141煤層中平均應(yīng)力集中系數(shù)為1.7，工作面按埋深折算重應(yīng)力約為18MPa，算上應(yīng)力集中系數(shù)，峰值為30.6MPa，而實驗室測得煤層單軸抗壓強度平均為18.20MPa。沖擊地壓啟動區(qū)域相對巷道全長來講，看作一個單位區(qū)域，巷幫集中靜載荷由式(5)估算為

E靜=370KJ/m3，由式(6)計算得EC=49KJ/m3，由沖擊啟動理論，E靜-EC>0，就集中靜載荷足以使得巷道發(fā)生動力沖擊。千秋21141巷道沖擊地壓分析

深部集中靜載荷型沖擊地壓分析第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六2023/5/2822淺部集中動載荷型沖擊地壓分析（埋深317m）第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六2023/5/2823淺部集中動載荷型沖擊地壓分析

第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六

寬溝工作面超前支承壓力峰值處于工作面前方13.9～16.75m處。集中系數(shù)平均為2.87。W1143工作面按埋深折算自重應(yīng)力為7.92MPa，加上應(yīng)力集中系數(shù)，峰值為22.73MPa，而實驗室測得B4–1煤層單軸抗壓強度平均為28.80MPa。由式(6)計算得EC=59.24KJ/m3?？梢姡螖嗔厌尫诺哪芰烤∮诿簩觿恿ζ茐乃枰淖钚∧芰?，工作面下部14#～20#支架的區(qū)域由式(5)估算為E靜=44.84KJ/m3，與19：34微震事件能量疊加。由沖擊啟動理論

E靜+E動-EC

=44.84+40-59.24=25.6>0。淺部集中動載荷型沖擊地壓分析

第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六淺部集中靜載荷型沖擊地壓（埋深371m）第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六沖擊災(zāi)害發(fā)生巷道第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六遠場集中動載荷源監(jiān)測結(jié)果第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六高集中應(yīng)力中掘進的巷道第二十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六

巷道圍巖集中靜載荷研發(fā)監(jiān)測結(jié)果第二十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六結(jié)語影響沖擊地壓發(fā)生的因素有幾十種，并且煤礦開采最大的特點就是條件一直在變，沒有絕對相同的開采條件，也就沒有絕對成熟的防沖技術(shù)可以復制，抓住載荷源進行監(jiān)測與處理以不變應(yīng)萬變，才能沉著應(yīng)對沖擊地壓災(zāi)害，將使得沖擊地壓“復雜問題簡單化”，這是防沖第1理念。根據(jù)我的實踐與思考