《沖擊地壓和煤與瓦斯的統(tǒng)一認(rèn)識PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《沖擊地壓和煤與瓦斯的統(tǒng)一認(rèn)識PPT課件（122頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第1頁/共122頁 ，常以煤（巖）體劇烈以煤（巖）體劇烈的突出破壞為特征。的突出破壞為特征。l沖擊地壓發(fā)生時，如同在煤巖體內(nèi)裝有大量炸藥一樣，煤和巖石沖擊地壓發(fā)生時，如同在煤巖體內(nèi)裝有大量炸藥一樣，煤和巖石突然被拋出，被拋出的煤和巖石從幾噸到幾百噸不等，可造成支突然被拋出，被拋出的煤和巖石從幾噸到幾百噸不等，可造成支架折損，巷道堵塞，并伴有巨大聲響和巖體震動，震動持續(xù)時間架折損，巷道堵塞，并伴有巨大聲響和巖體震動，震動持續(xù)時間從幾秒到幾十秒。從幾秒到幾十秒。l記錄到的最大震級已超過里氏記錄到的最大震級已超過里氏5 5級，震動頻率在級，震動頻率在1 110104 4HzHz，有時，有時可能誘發(fā)其
2、它礦井災(zāi)害，如煤與瓦斯突出等?？赡苷T發(fā)其它礦井災(zāi)害，如煤與瓦斯突出等。第2頁/共122頁沖擊地壓案例沖擊地壓案例l 17381738年英國南斯塔福煤田發(fā)生世界上有記錄的首例沖擊地壓以來年英國南斯塔福煤田發(fā)生世界上有記錄的首例沖擊地壓以來, ,目前世界幾乎所有采礦國家都有沖擊地壓發(fā)生。目前世界幾乎所有采礦國家都有沖擊地壓發(fā)生。l 我國我國19331933年在撫順勝利礦發(fā)生有記錄的首例沖擊地壓。目前，我國年在撫順勝利礦發(fā)生有記錄的首例沖擊地壓。目前，我國發(fā)生沖擊地壓的礦井超過發(fā)生沖擊地壓的礦井超過8080個。個。l 19601960年年1 1月月2020日南非的日南非的CoalbrockNorth
3、CoalbrockNorth煤礦發(fā)生了一次沖擊地壓，煤礦發(fā)生了一次沖擊地壓，井下破壞面積達(dá)井下破壞面積達(dá)300300萬萬2 2, ,死亡死亡432432人。人。l 撫順龍風(fēng)礦撫順龍風(fēng)礦19781978年年5 5月月1313日發(fā)生在日發(fā)生在602602東翼采區(qū)東翼采區(qū)1 1煤門煤門5/45/4東震級為東震級為0.60.6級的沖擊地壓，造成煤炭突出級的沖擊地壓，造成煤炭突出138.6138.6，4 4人死亡，人死亡，6 6人被埋。人被埋。l 19741974年年1010月月2525日北京礦務(wù)局城子礦在回收煤柱時發(fā)生震級為日北京礦務(wù)局城子礦在回收煤柱時發(fā)生震級為3.43.4級級沖擊地壓，沖擊地壓，
4、造成造成2929人死亡。人死亡。第3頁/共122頁 沖擊礦壓現(xiàn)象各國以及不同的行業(yè)，其名稱沖擊礦壓現(xiàn)象各國以及不同的行業(yè)，其名稱不完全一樣。不完全一樣。 常見名詞的有常見名詞的有等。等。 n 第4頁/共122頁沖擊地壓的分類沖擊地壓的分類l 按發(fā)生原因分：按發(fā)生原因分： 壓力沖擊型如同堅硬的煤樣在實驗機(jī)上破壞一樣； 突發(fā)型沖擊其原因是突然加載。巖層上覆厚而堅固的老頂伸出加在煤柱上，先是加緊后是加載，當(dāng)達(dá)到一定跨度時發(fā)生折斷和跨落。造成處在極限應(yīng)力狀態(tài)的礦柱瞬時破壞。（采煤工作面） 爆裂型沖擊原因是直接頂上部或直接底板下部存在塑性夾層，在剛性巖層之間的軟夾層被擠出，造成剛性巖層的突然爆裂。l按沖
5、擊源分：按沖擊源分：重力型；構(gòu)造型；綜合型第5頁/共122頁沖擊地壓基本理論沖擊地壓基本理論第6頁/共122頁沖擊地壓的強(qiáng)度理論 沖擊地壓機(jī)理的研究始于南非金屬礦巖爆問題的研究，早期人們沖擊地壓機(jī)理的研究始于南非金屬礦巖爆問題的研究，早期人們關(guān)注的是煤巖體的強(qiáng)度問題，因此提出了關(guān)注的是煤巖體的強(qiáng)度問題，因此提出了“強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論”，它主要著眼，它主要著眼于煤巖體的破壞原因，于煤巖體的破壞原因，認(rèn)為井巷和采場周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力達(dá)認(rèn)為井巷和采場周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到煤巖極限強(qiáng)度時煤巖層發(fā)生突然破壞，形成沖擊。到煤巖極限強(qiáng)度時煤巖層發(fā)生突然破壞，形成沖擊。 沖擊地壓的應(yīng)力條件為：沖擊地
6、壓的應(yīng)力條件為： /* *11 式中，式中，為煤巖體承受的應(yīng)力；為煤巖體承受的應(yīng)力；* *為煤巖系統(tǒng)的強(qiáng)度。（為煤巖系統(tǒng)的強(qiáng)度。（根據(jù)沖根據(jù)沖擊地壓的強(qiáng)度理論，在礦井生產(chǎn)的實踐中，采取擊地壓的強(qiáng)度理論，在礦井生產(chǎn)的實踐中，采取降低集中應(yīng)力的措施降低集中應(yīng)力的措施對沖擊地壓防治工作起到了積極的促進(jìn)作用）對沖擊地壓防治工作起到了積極的促進(jìn)作用） 實際上井巷和采場周圍的巖體常出現(xiàn)應(yīng)力超過極限強(qiáng)度的現(xiàn)象，實際上井巷和采場周圍的巖體常出現(xiàn)應(yīng)力超過極限強(qiáng)度的現(xiàn)象，但大多數(shù)煤巖并非發(fā)生沖擊現(xiàn)象而是進(jìn)入強(qiáng)度后平穩(wěn)的變形階段，而但大多數(shù)煤巖并非發(fā)生沖擊現(xiàn)象而是進(jìn)入強(qiáng)度后平穩(wěn)的變形階段，而且，煤巖體的破壞是一個連
7、續(xù)的不斷損傷的過程，說明強(qiáng)度理論提出且，煤巖體的破壞是一個連續(xù)的不斷損傷的過程，說明強(qiáng)度理論提出的判據(jù)不充分。的判據(jù)不充分。 The Mining EngineeringThe Mining Engineering第7頁/共122頁 后來一些學(xué)者在對煤巖進(jìn)行試驗時發(fā)現(xiàn)，后來一些學(xué)者在對煤巖進(jìn)行試驗時發(fā)現(xiàn)， 式中，vh為加載引起的應(yīng)力狀態(tài)變化速度；vc為煤巖層應(yīng)力松弛的極限速度。 The Mining EngineeringThe Mining Engineering第8頁/共122頁 性試驗機(jī)出現(xiàn)以后，把普通試驗機(jī)與剛度試驗機(jī)試驗結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)當(dāng)當(dāng)| K| Kp p| |K|Ko o |
8、|（普通試驗機(jī)）時，試件發(fā)生突然破（普通試驗機(jī)）時，試件發(fā)生突然破壞，相反，當(dāng)壞，相反，當(dāng)| K| Kp p| |K|Ko o | |（剛性試驗機(jī)）時，試（剛性試驗機(jī)）時，試件破壞過程平穩(wěn)件破壞過程平穩(wěn)。The Mining EngineeringThe Mining Engineering第9頁/共122頁 60年代中期，南非學(xué)者Cook在對大量的沖擊現(xiàn)象研究后，提出了隨隨著采掘范圍的擴(kuò)大，礦體著采掘范圍的擴(kuò)大，礦體圍巖系統(tǒng)在力學(xué)平衡狀態(tài)破壞時，釋放圍巖系統(tǒng)在力學(xué)平衡狀態(tài)破壞時，釋放的能量大于消耗的能量時，即產(chǎn)生沖擊地壓的能量大于消耗的能量時，即產(chǎn)生沖擊地壓；后來，許多學(xué)者對此進(jìn)行了補充和完
9、善。形成目前大家公認(rèn)的能量理論。 該理論認(rèn)為，能量釋放的多少與局部礦山系統(tǒng)的剛度有關(guān)，而礦山能量釋放的多少與局部礦山系統(tǒng)的剛度有關(guān)，而礦山系統(tǒng)的剛度與煤巖層變形有關(guān)，煤巖層的可壓縮性是其內(nèi)在屬性，系統(tǒng)的剛度與煤巖層變形有關(guān)，煤巖層的可壓縮性是其內(nèi)在屬性，因而導(dǎo)致礦山系統(tǒng)剛度的降低，從而引起能量的非穩(wěn)定釋放，開采因而導(dǎo)致礦山系統(tǒng)剛度的降低，從而引起能量的非穩(wěn)定釋放，開采過程中釋放的剩余能量，就是產(chǎn)生沖擊地壓的能量。過程中釋放的剩余能量，就是產(chǎn)生沖擊地壓的能量。該理論還考慮時間因素，以單位時間的能量消耗為判據(jù)，否則即使釋放的能量遠(yuǎn)以單位時間的能量消耗為判據(jù)，否則即使釋放的能量遠(yuǎn)大于消耗的能量，但是
10、它是在一段很長的時間內(nèi)完成釋放的也不會大于消耗的能量，但是它是在一段很長的時間內(nèi)完成釋放的也不會產(chǎn)生沖擊地壓。產(chǎn)生沖擊地壓。其判據(jù)為：The Mining EngineeringThe Mining Engineering第10頁/共122頁 式中: WE圍巖儲存的能量； 圍巖能量釋放有效系數(shù)； WS煤體儲存的能量； 煤體的能量釋放有效系數(shù)； Wd消耗于煤體與圍巖交界出處和煤體破壞阻力的能量。 能量理論從能量轉(zhuǎn)化的角度解釋了沖擊地壓形成的原因，是沖擊地壓機(jī)理研究向前邁進(jìn)了一大進(jìn)步，為沖擊地壓防治提出了降低煤巖體圍巖系統(tǒng)蓄能的能力，減少其破壞時釋放的能量，從而避免或減換沖擊地壓的新途徑。 但該理
11、論沒有說明平衡狀態(tài)的性質(zhì)及其破壞條件，特別是圍巖能量釋放條件The Mining EngineeringThe Mining Engineering第11頁/共122頁 沖擊地壓的發(fā)生不僅與外部條件有關(guān)，而且與煤巖本身的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，也就是說發(fā)生沖擊地壓的煤巖層都具有一定的物理力學(xué)性質(zhì)，決定其產(chǎn)生沖擊破壞的能力，這種能力是煤巖介質(zhì)的的固有屬性，稱為沖擊傾向性。 常用的沖擊傾向指標(biāo)有彈性能指數(shù)W WEtEt、沖擊能指數(shù)K KE E以及動態(tài)破壞時間DTDT，即： W WETET=STST/SPSPK KE E=F=FS S/F/FX XThe Mining EngineeringThe Min
12、ing Engineering第12頁/共122頁彈性能指數(shù)計算圖沖擊能指數(shù)計算圖LOFXPDCFSLOSPP0CST動態(tài)破壞時間曲線T（ms）DTPThe Mining EngineeringThe Mining Engineering第13頁/共122頁指標(biāo)界 限 值WET KEDT（ms）鑒定結(jié)果5550強(qiáng) 烈5W WETET25K KE E1.550DTDT500中 等21.5500無The Mining EngineeringThe Mining Engineering第14頁/共122頁第15頁/共122頁即沖擊的發(fā)動階段。即沖擊的發(fā)動階段。由于外力作用使工由于外力作用使工作面附近
13、煤巖體應(yīng)作面附近煤巖體應(yīng)力狀態(tài)突然改變，力狀態(tài)突然改變，巖石和煤中積聚的巖石和煤中積聚的彈性潛能迅速釋放，彈性潛能迅速釋放，使煤巖體發(fā)生突然使煤巖體發(fā)生突然的位移、破壞。激的位移、破壞。激發(fā)沖擊地壓。發(fā)沖擊地壓。能量積聚過程，即：采掘工能量積聚過程，即：采掘工作面前方應(yīng)力集中，形成高作面前方應(yīng)力集中，形成高的應(yīng)力梯度。的應(yīng)力梯度。準(zhǔn)備階段使工作面處于突出準(zhǔn)備階段使工作面處于突出危險狀態(tài)，工作面顯現(xiàn)各種危險狀態(tài)，工作面顯現(xiàn)各種的的有聲或無聲的沖擊預(yù)兆。有聲或無聲的沖擊預(yù)兆。當(dāng)出現(xiàn)下列任一情況當(dāng)出現(xiàn)下列任一情況時，沖擊即告停止：時，沖擊即告停止： 激發(fā)沖擊的能量業(yè)已耗激發(fā)沖擊的能量業(yè)已耗盡；盡；沖
14、擊過程中，繼續(xù)放出沖擊過程中，繼續(xù)放出的能量不足以克服煤巖體的能量不足以克服煤巖體之間的阻力；之間的阻力； 停止階段停止階段激發(fā)階段激發(fā)階段發(fā)展階段發(fā)展階段發(fā)展階段的特點是發(fā)展階段的特點是煤巖體依靠釋放的煤巖體依靠釋放的彈性能使發(fā)生連續(xù)彈性能使發(fā)生連續(xù)破碎，已破碎的煤破碎，已破碎的煤巖體在沖擊壓力作巖體在沖擊壓力作用下克服層間壓剪用下克服層間壓剪作用，煤巖體高速作用，煤巖體高速拋出。拋出。第16頁/共122頁第17頁/共122頁第18頁/共122頁第19頁/共122頁第20頁/共122頁煤結(jié)構(gòu)和煤結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)條件力學(xué)性質(zhì)條件瓦斯條件瓦斯條件 地應(yīng)力條件地應(yīng)力條件地應(yīng)力狀態(tài)的突然變化地應(yīng)力狀態(tài)
15、的突然變化 圍巖或煤層的彈性潛圍巖或煤層的彈性潛能釋放作功，使煤體產(chǎn)生能釋放作功，使煤體產(chǎn)生突然破壞和位移。突然破壞和位移。 地應(yīng)力場對瓦斯壓力地應(yīng)力場對瓦斯壓力場起控制作用。場起控制作用。地應(yīng)力狀態(tài)對煤層的透地應(yīng)力狀態(tài)對煤層的透氣性起到一定的控制作用氣性起到一定的控制作用。高壓游離瓦斯產(chǎn)生的瓦斯膨脹能；高壓游離瓦斯產(chǎn)生的瓦斯膨脹能；高壓瓦斯分子全面縮煤的骨架，促使高壓瓦斯分子全面縮煤的骨架，促使煤體中產(chǎn)生彈性潛能煤體中產(chǎn)生彈性潛能吸附在微孔表面的瓦斯分子對微孔起吸附在微孔表面的瓦斯分子對微孔起楔子作用，降低煤的強(qiáng)度。楔子作用，降低煤的強(qiáng)度。工作面前方形成的瓦斯壓力梯度，造工作面前方形成的瓦斯
16、壓力梯度，造成作用于壓力降低方向的力。成作用于壓力降低方向的力。強(qiáng)度條件：煤愈硬強(qiáng)度條件：煤愈硬，所需的破碎功愈大，所需的破碎功愈大瓦斯解析和放散能瓦斯解析和放散能力。力。煤層透氣性能。煤層透氣性能。不均質(zhì)性條件。不均質(zhì)性條件。第21頁/共122頁第22頁/共122頁形成瓦斯流形成瓦斯流誘發(fā)因素誘發(fā)因素能量積聚能量積聚這這是突出得以發(fā)生的激發(fā)條是突出得以發(fā)生的激發(fā)條件。件。工作面前方煤巖工作面前方煤巖體中的體中的是突出發(fā)生的是突出發(fā)生的煤體連續(xù)破碎煤體連續(xù)破碎 這也是突這也是突出得以發(fā)展的必要出得以發(fā)展的必要條件條件。突出激發(fā)后，突出激發(fā)后，這是突這是突出的發(fā)展條件出的發(fā)展條件。第23頁/共1
17、22頁即突出的發(fā)動階段。即突出的發(fā)動階段。由于外力作用使工由于外力作用使工作面附近煤巖體應(yīng)作面附近煤巖體應(yīng)力狀態(tài)突然改變，力狀態(tài)突然改變，巖石和煤中積聚的巖石和煤中積聚的彈性潛能、彈性潛能、使使煤巖體發(fā)生突然的煤巖體發(fā)生突然的位移、破壞。激發(fā)位移、破壞。激發(fā)突出。突出。，即工作面前，即工作面前方應(yīng)力集中，形成高的應(yīng)力方應(yīng)力集中，形成高的應(yīng)力梯度；應(yīng)力增大使煤體透氣梯度；應(yīng)力增大使煤體透氣性降低，煤體內(nèi)瓦斯壓力梯性降低，煤體內(nèi)瓦斯壓力梯度提高。度提高。準(zhǔn)備階段使工作面處于突出準(zhǔn)備階段使工作面處于突出危險狀態(tài)，這樣的工作面會危險狀態(tài)，這樣的工作面會顯現(xiàn)各種的有聲或無聲的突顯現(xiàn)各種的有聲或無聲的突出
18、預(yù)兆。出預(yù)兆。當(dāng)出現(xiàn)下列任一情況時，突出當(dāng)出現(xiàn)下列任一情況時，突出即告停止：即告停止：激發(fā)突出的能量業(yè)已耗盡；激發(fā)突出的能量業(yè)已耗盡；突出過程中，繼續(xù)放出的能突出過程中，繼續(xù)放出的能量不足以粉碎煤；量不足以粉碎煤； 突出孔道受阻礙，不能繼續(xù)突出孔道受阻礙，不能繼續(xù)在突出空洞周圍建立較大的應(yīng)在突出空洞周圍建立較大的應(yīng)力梯度和瓦斯壓力等。力梯度和瓦斯壓力等。停止階段停止階段激發(fā)階段激發(fā)階段準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段發(fā)展階段發(fā)展階段煤體依靠釋放的彈煤體依靠釋放的彈性能和游離瓦斯的性能和游離瓦斯的膨脹能使發(fā)生連續(xù)膨脹能使發(fā)生連續(xù)破碎，形成破碎波，破碎，形成破碎波，已破碎的煤巖體在已破碎的煤巖體在高速瓦斯流的攜帶
19、高速瓦斯流的攜帶下向巷道拋出。下向巷道拋出。第24頁/共122頁第25頁/共122頁第26頁/共122頁第27頁/共122頁第28頁/共122頁第29頁/共122頁第30頁/共122頁第31頁/共122頁第32頁/共122頁第33頁/共122頁第34頁/共122頁第35頁/共122頁第36頁/共122頁第37頁/共122頁第38頁/共122頁第39頁/共122頁第40頁/共122頁第41頁/共122頁第42頁/共122頁第43頁/共122頁第44頁/共122頁第45頁/共122頁第46頁/共122頁第47頁/共122頁第48頁/共122頁第49頁/共122頁第50頁/共122頁第51頁/共12
20、2頁 第52頁/共122頁 第53頁/共122頁 原蘇聯(lián).雷任科等學(xué)者研究：回采工作面是在深達(dá)6的鉆孔中測溫，,掘進(jìn)工作面是在2.2深的鉆孔中測溫，測溫結(jié)果認(rèn)為：在回采工作面近工作面地段煤體溫度梯度2-03-1(3-1）為煤層鉆3處與1處之間的溫度梯度，2-0為煤體鉆孔2處與鉆孔口之間的溫度梯度)，當(dāng)3-13時沒有地壓和突出危險性。在掘進(jìn)面2-12.5有突出或地壓危險征兆。 第54頁/共122頁Example1Example1Example1試件單軸壓縮聲發(fā)射分布試件單軸壓縮聲發(fā)射分布第55頁/共122頁第56頁/共122頁第57頁/共122頁第58頁/共122頁第59頁/共122頁第60頁/
21、共122頁第61頁/共122頁第62頁/共122頁第63頁/共122頁第64頁/共122頁第65頁/共122頁第66頁/共122頁第67頁/共122頁第68頁/共122頁Example 2Example 2Example 2第69頁/共122頁Crack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinement第70頁/共122頁Crack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confine
22、ment第71頁/共122頁Crack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinement第72頁/共122頁Crack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinement第73頁/共122頁Crack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinement第74頁/共12
23、2頁Crack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinement第75頁/共122頁Crack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinement第76頁/共122頁Crack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinement第77頁/共122頁Crack prop
24、agation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinement第78頁/共122頁Example 3Example 3Example 3第79頁/共122頁第80頁/共122頁Step 60第81頁/共122頁Step 78-2第82頁/共122頁Step 78-4第83頁/共122頁Step 78-7第84頁/共122頁Step 78-9第85頁/共122頁Step 78-13第86頁/共122頁Step 78-16第87頁/共122頁Step 78-23第88頁/共122頁Step 78-37第89頁
25、/共122頁Step 112第90頁/共122頁Step 169第91頁/共122頁Step 178第92頁/共122頁Step 188第93頁/共122頁Step 212第94頁/共122頁Step 225第95頁/共122頁Step 294第96頁/共122頁第97頁/共122頁第98頁/共122頁第99頁/共122頁第100頁/共122頁第101頁/共122頁第102頁/共122頁第103頁/共122頁第104頁/共122頁第105頁/共122頁第106頁/共122頁第107頁/共122頁第108頁/共122頁第109頁/共122頁第110頁/共122頁第111頁/共122頁第112頁/
26、共122頁第113頁/共122頁。（但構(gòu)造變化引起的敏感程度不同）。（但構(gòu)造變化引起的敏感程度不同） 第114頁/共122頁第115頁/共122頁第116頁/共122頁第117頁/共122頁第118頁/共122頁 l沖擊地壓、煤與瓦斯突出就其主要特征而言，都是煤巖介質(zhì)突然破壞引起的動力現(xiàn)象，都是煤巖所組成的力學(xué)系統(tǒng)，在外界擾動下發(fā)生的動力破壞過程。 l采用系統(tǒng)穩(wěn)定平衡狀態(tài)的及建立統(tǒng)一的認(rèn)識和判斷，以便于建立統(tǒng)一的預(yù)測預(yù)報機(jī)制和工程防治技術(shù)路線。 l“統(tǒng)一”是建立在煤巖變形破裂機(jī)理和工程技術(shù)實踐某些方面的，是對。 第119頁/共122頁l沖擊地壓和煤與瓦斯突出都是極其復(fù)雜的礦井動力現(xiàn)象，因此并非簡單的“統(tǒng)一”能夠揭示的，而提出的統(tǒng)一認(rèn)識，只是為了使我們對沖擊地壓有一個拋磚引玉而已。l事實上，沖擊地壓和煤與瓦斯突出兩者的綜合用機(jī)理及其復(fù)雜，在其l今后隨著開采深度的增加，我省有沖擊地壓和煤與瓦斯突出兩種災(zāi)害并存的礦井會逐漸增加，在作用機(jī)理，預(yù)測檢驗內(nèi)容、指標(biāo)、方法、技術(shù)措施及其有效性等方面還必須進(jìn)行深入研究，以便我們要有足夠足夠第120頁/共122頁第121頁/共122頁感謝您的觀看！第122頁/共122頁
沖擊地壓和煤與瓦斯的統(tǒng)一認(rèn)識PPT課件
