煤岩动力灾害的强度弱化机理及其实践.pdfVIP

煤岩动力灾害的强度弱化机理及其实践1 1 1 2 陆菜平 ，窦林名 ，吴兴荣 1 中国矿业大学 教育部矿山开采与安全重点实验室(221008) 2 徐州三河尖煤矿(221613) email:cplucumt@126.com 摘 要：煤岩动力灾害的实质是能量积聚与耗散的自组织临界过程，当煤岩体中所积聚的弹 性能达到其极限冲击能时，就会发生冲击矿压．实验室研究发现，弹脆性煤体是能量积聚与 耗散的主体，顶板关键层（坚硬厚层砂岩顶板）的运移则会导致能量积聚与耗散加速失去动 态平衡．本文以煤岩冲击倾向性与顶板强度及厚度的关系为基础，依据能量积聚与耗散理论， 提出了煤岩动力灾害的强度弱化机理，即通过钻孔卸压与深孔卸压爆破来弱化煤岩体的强 度，降低煤岩体的聚能能力，释放煤岩体中所积聚的大量弹性能，使得煤岩体中所积聚的弹 性能达不到最小冲击能，同时利用电磁辐射监测仪来检验煤岩体强度弱化治理的效果，以达 到消除或降低冲击危险的目的．通过在三河尖煤矿 9202 高冲击危险工作面的生产实践，充 分证明了这种技术的有效性． 关键词：煤岩；动力灾害；强度弱化；机理；实践 1．引言 冲击矿压是一种较为典型的矿山煤岩动力灾害现象，主要表现为煤岩体中所积聚的弹性 能突然、剧烈的释放过程，其发生的突然性和剧烈的破坏特征对矿山安全构成很大的威胁．特 别是随着煤矿开采深度每年以近 20 m 的速度增加，冲击矿压问题越来越突出[1] ．我国的徐 州、大同、抚顺、北京等矿务局都面临冲击矿压的威胁问题． 冲击矿压是矿山压力的动力现象，其发生机理极其复杂，防治手段缺少理论依据且无法 检验防治效果．本文首先进行组合煤岩试样冲击破坏实验，在此基础上，提出冲击矿压的强 度弱化机理，并率先在三河尖煤矿对9202高冲击危险工作面掘进和回采期间存在的冲击危险 区域实施了强度弱化治理实践，通过煤层卸压爆破与顶板深孔卸压爆破，并利用电磁辐射检 验治理效果，最终实现了工作面的安全高效回采，取得了良好的经济与社会效益． 2．强度弱化机理的提出 研究表明，顶板岩层结构，特别是煤层上方坚硬、厚层砂岩顶板是影响冲击矿压发生的 主要因素之一，其主要原因是坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量弹性能．在坚硬顶板破断或滑 移失稳过程中，大量的弹性能突然释放，形成强烈震动，导致顶板煤层型（冲击压力型）冲 击矿压或顶板型（冲击型）冲击矿压[2-10] ．为了进一步研究清楚坚硬顶板对冲击的影响机制， 本文进行了不同厚度与强度的顶板组合煤岩试样冲击破坏实验． 2.1 顶板厚度对冲击的影响规律 选取三河尖矿具有强冲击倾向性的顶底板和煤样，加工成 6 组顶板煤体高度比值不同的 1 1本课题得到中国矿业大学青年科研基金（2005A002 ）；国家自然科学基金项目50474068、 ）；国家973 项目（2005CB221504 ）；教育部博士点基金项目（20030290017 ）资助 - 1 - 标准组合试样，每组两个试件，顶板-煤体-底板组合试样的尺寸为φ50 mm ×100 mm，进行 单轴循环加卸载抗压试验． 图 1 所示为冲击能指数与顶板和煤层高度比值之间的线性关系曲线，从图中可以看出当 顶板与煤层高度比值大于 0.6 时，顶板高度越高，冲击能指数越大，则冲击倾向性就越强． 6 5 y = 5.4085x - 3.4895 2