对冲击地压及其机理的思考与再认识潘俊锋.ppt
2013 全国岩石动力学会议对冲击地压及其机理的思考与再认识,国家重点基础研究发展计划（973）项目(2010CB226806)资助国家自然科学基金青年基金项目（51204097）资助,2013年10月,冲击地压研究室：潘俊锋 天地科技股份有限公司开采设计事业部（煤炭科学研究总院开采设计研究分院）,2023/10/26,提 纲,冲击地压灾害如何有效防治 对冲击地压及其机理的思考 冲击地压机理再认识：冲击启动理论的提出 冲击启动理论的实践应用 结 语,冲击地压灾害现象,一、煤矿冲击地压现状,诱发次生灾害，造成更加严重的灾难性后果!,2003年5月13日，芦岭煤矿，冲击地压诱发瓦斯爆炸，造成84人死亡；,2005年2月14日，辽宁孙家湾煤矿，冲击地压诱发特大瓦斯爆炸事故，造成 214人死亡。,一、煤矿冲击地压灾害现状,近年来我国煤矿冲击地压矿井数量快速增加，至2011年已有142座煤矿发生过冲击地压。,如何来有效防治冲击地压灾害？,冲击地压在哪里发生？,如何来预测冲击地压？,到底怎么监测？监测什么？,目前的机理与实践脱节！,Cook，1965,Petukhov，1979,Wetokhe，1981,Bieniawski，1985,能量理论,刚度理论,强度理论,冲击倾向,三准则,失稳理论,三因素,强度弱化减冲,机理,预测,防治,问题：冲击地压防治“三步走”：,冲击地压传统的认识：一种矿山井巷或采场周围煤岩体，由于弹性变形能的瞬间释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。摘自煤矿安全规程-,新的机理以冲击过程为突破口！,输 入,输 出,冲击地压,开采、地质条件,灾 害！,黑箱认识！,冲击地压的“黑箱理论”,冲击地压发生过程一般就几十秒的时间。我们看到的往往是冲击地压发生后，显现的状态，是一个结果，表现为人员伤亡、设备损坏、巷道破坏等，为此，我们这种冲击地压发生后的结果性状态定义为冲击地压显现。,冲击过程之三：冲击地压显现,冲击过程之一：冲击启动,无论倾向还是走向定位，震源和冲击地压显现不是同一位置，一定存在一个冲击启动区。,震源位置,显现位置,冲击过程之二冲击能量传递,微震监测证实冲击启动后剩余能量开始传递，即冲击能量传递阶段存在。,巷道,冲击地压是一个“动力学过程”！,冲击地压,输 入,输 出,冲击启动,载荷源,载荷释放,冲击能量专递,冲击地压显现,任重道远！,输 入,输 出,地质、开采条件,灾害,分别以“冲击地压”、“冲击矿压”为关键词，对近10年间的科技文献进行检索，共检索了367篇，分析了 87个矿井冲击地压发生地域，主要影响因素。,冲击启动载荷源的统计分类,以上都是外围因素，虽然复杂多变，但最终都得归结于为冲击启动提供载荷源,（集中静载荷或集中动载荷）！,巷道围岩形变势能的集聚取决于该位置主应力大小。,全煤巷道冲击地压启动的能量判据为：,X0处煤体破坏所需最小能量EC,主应力最大区，弹性势能最大，越容易失稳，X0为冲击启动区。,冲击地压启动的两种类型,（1）集中静载荷型冲击地压启动能量判据,集中静载荷型冲击地压发生力学模型,义马矿区千秋矿,（2）集中动载荷型冲击地压启动能量判据,采场冲击地压启动的能量判据为：,集中动载荷型冲击地压发生力学模型,顶板断裂动载荷Ed对应力峰值区X0的扰动：,X0处煤体破坏所需最小能量EC,煤壁应力峰值点积聚弹性能计算为：,冲击地压启动的两种类型,神华新疆宽沟矿,3 冲击启动区为应力极限平衡区，冲击启动的能量判据为。,17,冲击地压启动理论的提出,冲击地压启动理论：,1 冲击地压发生是一个动力学过程，依次经历冲击启动-冲击能量传递-冲击地压显现三个阶段；,2 采动围岩近场集中静载荷的积聚是冲击启动的内因，远场集中动载荷对静载荷的扰动、加载是冲击启动的外因；,解决了机理、监测与防治相脱节的问题！,2023/10/26,19,应用一：在冲击地压发生机理中的应用,2023/10/26,20,巷道侧帮支承压力分布图Pa-峰值支承压力Po-原岩应力 B-支承压力带宽度 ro-巷道的平均半径,巷道底板(地基)极限平衡力学模型B-基础宽度(侧帮支承压力宽度)Pu-地基(底板岩体)极限承载力q-回填层或道床压力或底板支护反力=45-/2,由太沙基地基极限承载力理论公式：,在宽度B范围内侧帮集中应力的平均值近似为:,千秋21141巷道冲击地压分析,constant,深部集中静载荷型冲击地压分析（780m）,成果体现：半孤岛面全煤巷道底板冲击启动原理分析J.煤炭学报 2011,（2）；冲击地压危险性预评价与实践J.煤炭工程，2011（10）,21141煤层中平均应力集中系数为1.7，工作面按埋深折算重应力约为18 MPa，算上应力集中系数，峰值为30.6 MPa，而实验室测得煤层单轴抗压强度平均为18.20 MPa。冲击地压启动区域相对巷道全长来讲，看作一个单位区域，巷帮集中静载荷由式(5)估算为 E静=370 KJ/m3，由式(6)计算得EC=49 KJ/m3，由冲击启动理论，E静-EC0，就集中静载荷足以使得巷道发生动力冲击。,千秋21141巷道冲击地压分析,深部集中静载荷型冲击地压分析,2023/10/26,22,浅部集中动载荷型冲击地压分析（埋深317m）,2023/10/26,23,浅部集中动载荷型冲击地压分析,宽沟工作面超前支承压力峰值处于工作面前方13.916.75 m处。集中系数平均为2.87。W1143工作面按埋深折算自重应力为7.92 MPa，加上应力集中系数，峰值为22.73 MPa，而实验室测得B41煤层单轴抗压强度平均为28.80 MPa。由式(6)计算得EC=59.24 KJ/m3。可见，三次断裂释放的能量均小于煤层动力破坏所需要的最小能量，工作面下部14#20#支架的区域由式(5)估算为E静=44.84 KJ/m3，与19：34微震事件能量叠加。由冲击启动理论 E静+E动-EC=44.84+40-59.24=25.60。,浅部集中动载荷型冲击地压分析,浅部集中静载荷型冲击地压（埋深371m）,冲击灾害发生巷道,远场集中动载荷源监测结果,高集中应力中掘进的巷道,巷道围岩集中静载荷研发监测结果,结 语,影响冲击地压发生的因素有几十种，并且煤矿开采最大的特点就是条件一直在变，没有绝对相同的开采条件，也就没有绝对成熟的防冲技术可以复制，抓住载荷源进行监测与处理以不变应万变，才能沉着应对冲击地压灾害，将使得冲击地压“复杂问题简单化”，这是防冲第1理念。,根据我的实践与思考总结出冲击地压防治的三个理念:,能量是守恒的，此消彼长，因此冲击地压防治，针对载荷源宜疏不宜堵，“疏”是防冲的第2理念。,冲击地压监测手段有待改进，但防治方法不一定就需要创新，一成不变的防治方案是不能防冲的，边研究边设计才是科学可靠的防治思路，因此“精细化”研究是防冲的第3理念。博客：,2023/10/26,31,报告完毕,谢谢各位专家，请多指正！,
