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潘立友工程缺陷防治冲击地压创新研究山东科技大学汇报提纲1、冲击地压概述与知识储备2、冲击地压发生原因及实现条件3、冲击地压预测关键技术4、工程缺陷理论与创新技术5、冲击地压防治实践（1）冲击地压现象描述冲击地压是矿山采动诱发煤（岩）变形能瞬时释放，在相应采动空间引起强烈煤岩震动和挤出现象。冲击地压引起人员伤亡和设备损坏，不仅发生在推进的工作面现场，而且可能波及变形能释放范围的巷道、峒室，特别是存在高应力集中的空间部位。（2）冲击地压显现特征突发性、多样性、破坏性及复杂性。破坏长度大（超过500m）、空间堵塞率高、冲击波伤人严重。1、冲击地压概述（3）冲击地压分类①掘进工作面推进诱发的冲击地压。②回采工作面推进诱发的冲击地压。单一重力应力场（重力型）掘进工作面冲击地压原始应力场掘进巷道采动应力场掘进巷道构造复合应力场（构造型）单一重力应力场（重力型）构造复合应力场（构造型）控制措施预测方法判断准则破坏特点实现条件发生原因①掘进工作面冲击地压分类回采冲击地压煤层压缩弹性能释放坚硬顶板弯曲弹性能释放单一重力应力场（重力型）构造复合应力场（构造型）单一重力应力场（重力型）构造复合应力场（构造型）初采阶段初采阶段正常推进阶段正常推进阶段发生原因实现条件判断准则预测方法控制措施②回采工作面冲击地压分类（4）中国煤矿冲击地压灾害情况抚顺胜利龙凤老虎台北京门兴沟房山城子大台木城涧开滦唐山赵各庄辽源西安矿砚石台南桐矿吕家坨枣庄陶庄八一柴里徐州三和尖张集矿旗山矿权台矿兖矿东滩鲍店济二济三南屯新汶华丰孙村潘西协庄良庄至2012年有140多对矿井发生破坏冲击地压，死亡500人；破坏巷道长度30公里；停产累计12000天。肥城梁宝寺地方煤矿：天池、五一、擂鼓、花鼓山、冰沟、欢城、裕隆、朝阳等。工作面顺槽冲击巷道冲击破坏范围超过100m。65065065065010001000切眼扩宽前支设2300单体转载机72004306切眼单体80045岩石集中运输巷2005.1.3事故现场平面示意图一分层：93.01.03～93.11.01二分层：00.03.12～00.10.2401.11.01开采99.07.02开采97.04.16停采94.03.21停采切眼导峒冒顶处断面示意图说明：1、A处冒顶173#～181#钢带；B处冒顶188#～195#钢带；C冒顶215#～224#钢带。2、43上05面切眼全长195m，已掘193m。3、巷道冒高约2.0m。CCBB巷中1450600C-C断面B-B断面巷中8001250巷中A-A断面1250距4305运顺巷中124.9m681003200290027002500170020001600A冒顶区60006000B冒顶区530016000C冒顶区680028000200020004305轨顺切眼停头位置2000中、细砂岩（15.6～20.0m）粉砂岩（2.0m）2005.1.3事故现场剖面示意图第二部刮板运输机第一部刮板运输机综掘机通向北翼西皮上山43上05运输顺槽43上05-1轨道顺槽43上05轨道顺槽北边界轨道巷43上05轨道顺槽43上05回采面切眼消火道一分层停采线43上05-2(南）工作面停采线43上05回采工作面43上04（分层综放）43上04综采面切眼43上06（综放）43上06综放面切眼143上02（分层综采）43上04（分层综放）四采区皮带上山四采区轨道上山四号提斜溜煤二号提斜43上04轨道顺槽43上05运输顺槽43上05-1运输顺槽45岩石集中运输巷五中车场（东）中间结束提斜溜煤五中车场（西）溜煤溜煤六中车场46岩石集中轨道巷四号提斜4306轨道顺槽43上06（综放）二号提斜新一号提斜一号提斜43上05（分层综采）14302运输顺槽200370043上05切眼导峒断面锚杆φ20L=1800间排距800运输机3200巷中2007007007007007003800锚杆φ22L=2400间排距800锚索φ15.2L=4800间排距1600掘进迎头冒顶区域68.1m48m切眼导峒85m掘进迎头严重破坏范围68m。切眼冲击冲击地压灾害的发展趋势冲击地压类型重力型冲击地压构造型冲击地压复合型冲击地压采动应力场冲击原始应力场冲击更为严重、更为突出、更为普遍深部开采更需要理论创新与技术突破应力场：地应力场（stressfieldintheearthscrust）：古构造、现代地壳或地球体内，应力状态随空间点的变化，称为地应力场。采动应力场：开采活动形成受采掘影响在岩体内重新分布后形成的应力。背景应力场：历史演化支护应力场：人为支护应力场，简单的可以认为是提供一个用以弥补由于巷道开挖卸载造成的应力损失而人为构造的一种应力场。相对应力场：次生扰动应力场：深井与软岩……（5）基础理论知识储备孤岛煤柱支承压力分布图（一般应力分布）孤岛煤柱支承压力分布图（高应力分布）孤岛煤柱支承压力分布图（极限应力分布）结构失稳与应力释放：结构失稳：地质结构、采场结构静结构、动结构主动结构、被动结构应力释放：构造型重力型复合型矿震在空间内的失稳为主要类型冲击地压是应力的扰动下破坏与能量释放为主研究冲击地压等动力问题所需的基础知识（1）地质、采矿等描述性工程类专业知识地质工程专业知识：岩土工程设计、岩土工程勘察、岩土工程施工、工程地质、建筑基础工程施工、地质灾害评价与防治、地下矿产的钻孔开采与利用、非开挖施工技术、岩土工程施工管理等。采矿工程专业知识：采矿学、矿井通风与安全、井巷工程、矿山压力、电工与电子技术、采矿机械、矿山企业管理技术经济分析等。挂图研判-----识别-------参入，，，，，，（2）力学知识工程力学|（理论力学、材料力学）、弹性力学、塑性力学、断裂力学、岩石力学、结构力学、突变理论、分形力学、混沌学、小波理论、数理统计、数值模拟计算科学、实验力学等系列基础知识。2、冲击地压发生原因及实现条件（1）冲击地压原因及实现条件①冲击地压发生原因在储存高强度压缩弹性能的煤岩中，特别是能量聚集的部位开掘巷道和推进回采工作面，引发弹性能的释放。②冲击地压的动力源及其影响因素a煤层压缩弹性能本质性的重要差别开采程序开采方法量级影响正比非线性开采参数覆岩强度（悬露面积）开采深度煤层压缩弹性能)(开采深度愈大，覆岩强度愈高（即允许的悬露面积愈大），受压煤层储存聚集的高强度压缩弹性能的可能性将愈大。开采深度顶底板岩性强度及厚度构造弯曲度随动岩层厚度及开采深度支托岩层岩性强度及厚重力弯曲）弹性能顶底板岩层弯曲（压缩b顶底板岩层弯曲（压缩）弹性能重力弯曲弹性能随支托岩层的强度和随动层的厚度成正比；构造弯曲弹性能受采深和顶底板岩层强度所决定的应力保持和释放条件控制。岩层强度愈高，埋深愈大，可能聚集和保持的弹性能的量级将愈高。③冲击地压实现的条件a已采空间周围煤岩中聚集的压缩弹性能达到了足以产生煤岩冲击破坏的量级；---能量条件b采动，包括采掘工作面推进、爆破、顶板断裂等震动性破坏，改变了相关部位煤岩的受力条件和极限平衡状态。---触动条件c采动空间周围没有足够的缓冲体（包括已破坏的煤岩和柔性支护等构筑物等），把煤岩弹性能释放可能动力显现控制到安全的范围内。---防护（2）掘进工作面推进冲击地压原因及实现条件在有冲击地压危险的煤层条件下掘进巷道，冲击地压发生和实现的条件如下图所示。a留小煤柱（“内应力场”范围内）掘进Ⅰ在“内应力场”形成和稳定之前开掘巷道（图中1位置），存在冲击地压危险（采深大于300m）；Ⅱ在“内应力场”形成稳定后（图中2位置），开掘巷道可以避免冲击地压发生；Ⅲ在未经采动释放的构造应力场中掘进巷道，将有冲击地压的危险。b大煤柱护巷方案Ⅰ高应力区开掘巷道（采深大于300~400m）时，存在冲击地压危险；Ⅱ在低应力区开掘巷道，在采深小于600~800m时，将避免冲击地压的发生。（3）回采工作面推进冲击地压原因及实现条件a回采工作面内冲击地压发生和实现的条件Ⅰ单一重力场冲击地压将发生在坚硬岩层顶板第一次裂断开始到采场第一次来压阶段完成，推进距离接近工作面长度的时的范围内。“内应力场”形成之后的采场推进全过程中，出现冲击地压的可能性将很小。Ⅱ临近构造应力场应力高峰区掘进开切眼至坚硬岩层裂断来压完成期间时，始终存在冲击地压的威胁，进入出现“内应力场”的正常推进阶段后，冲击地压事故灾害出现的可能性同样将很小。b回采巷道冲击地压实现的条件Ⅰ在采场推进全过程中，伴随坚硬顶板裂断，始终存在诱发冲击地压的威胁；Ⅱ随采场推进和坚硬顶板跨落，以及支承压力的增加，伴随坚硬顶板裂断，回采巷道破坏的范围将进一步加大，进入正常阶段将达到最大化；Ⅲ受两侧坚硬顶板悬露，支承压力叠加的影响，回风巷道冲击地压破坏的范围远比运输巷道大得多。1S1S0S032S10''S1S0在错误时间和地点开掘巷道和推进采煤工作面开采覆岩运动规律不清地应力大小分布规律不清设计决策失误实施管理决策失误防设理论不完善决策手段不具备冲击地压事故发生的基本原因钻屑法、地球物理（电磁、地音）、微震、应力、变形、外载等----不能预报，只能危险性预测（DKX）。巷道掘进期间冲击危险性预测技术；初采期间冲击危险性预测技术；初压期间冲击危险性预测技术；正常推进期间冲击危险性预测技术；收尾期间冲击危险性预测技术。3、冲击地压预测关键技术（1）预测方法立体部署方案参数（2）工程监测（动态法+信息技术）利用开采判定预测方法进行冲击地压危险性判定，必须了解以下内容和参数：（1）煤层和围岩的地质力学特点（2）煤层自然参数（3）开采参数（3）开采判定法—最基础方法随深度、构造的显现规律分析；显现的差异性—锚杆挂不住。冲击危险监测设计；力学机制分析与预警物理量确定；预警指标动态设计；现场实施动态协同管理。（4）远程监测—协同方法1号3、4、5号4、工程缺陷理论与创新技术4、工程缺陷理论与创新技术技术路线依据冲击地压发生的条件和显现规律，防治冲击地压的基本原理和措施分为以下4个方面：（1）战略性或区域性防范措施，按照围岩应力分布规律，进行合理的开采设计（系统改造），控制围岩应力的集中程度，从而避免产生大量的弹性能积聚，消除产生冲击地压的根源，杜绝或减轻冲击危险，其特点是在完备程度上具有彻底性，在时间上具有长期性，在空间上具有区域性；---全局性的工程理论体系思考（2）战术性或局部性的解危措施，即采用卸压钻孔、诱发爆破、煤体高压注水等措施对已形成冲击危险或具有潜在冲击危险的地段进行解危处理，改变煤岩体自身的结构及物理力学性质，以减弱其积聚和释放弹性能的能力，减轻或消除重点部位的冲击危险性，这是局部地段安全开采的前提；---重点区域技术突破（3）监测措施，即采用钻屑法、地音或微震法监测，监测冲击地压的危险程度和解危效果，为采取针对性的防治措施、指导采掘工作提供依据，这是一侦察性、探明性的措施；---工程查体（培训、更新）（4）被动性的防护措施，即在危险地段，采用加强支护、宽巷掘进等方法，尽量避免冲击地压所造成的人员伤害和设备损坏。---安全管理（危险源识别）冲击地压防治技术体系掘进期间冲击地压防治开采设计原则：降低应力、消除冲击根源（如无煤柱充填开采等）回采期间冲击地压防治原始应力场采动应力场卸压处理新型支护（让压等）自动化无人掘进顶板处理（缺陷法）工作面顺槽新型支护（让压等）效果检验大空间释能（缺陷法）顶板处理（缺陷）支架选型煤壁前方松动技术创新解危技术、支护吸能等4.1工程缺陷防冲理论（1）缺陷介质特征采矿工程面对的介质是由各种岩石组成的地质体，是在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带、接触带、片理等）分割下形成的有一定结构的地质介质。其工程性质变得复杂，其复杂性表现为：不连续性---非均匀性---各向异性---存在天然应力场、温度场等。地下采矿工程中面对的工程岩体存在断层、空洞、断裂面等缺陷。（2）缺陷分类原始缺陷与工程缺陷原始缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。通过有目的人为开挖与施工，制造出的空间称为工