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深部矿井的冲击地压危险性分析
摘要:随着矿井开采深度的延深,发生冲击地压灾害的矿井显
著增加。本文从冲击地压发生的原因出发,对冲击地压危险影响因
素进行分析,进而对深部矿井开采冲击地压危险性进行分析。
关键词:深部矿井;冲击地压;危险性分析
我国矿井地质条件复杂,随着矿井开采深度的延深,发生冲击
地压灾害的矿井显著增加。垂深达到400m以上时,冲击地压频繁
发生,而且地震台常常监测到,震级达到里氏2—3级,破坏性严
重。
一、冲击地压发生原因
1、煤层及其围岩具有冲击倾向性
煤层及其围岩产生冲击或破坏的能力,即是其冲击倾向性。它
是煤岩层固有力学属性,可以用指标进行度量。有强烈冲击倾向及
中等冲击倾向的煤岩层统称为有冲击倾向的煤岩层。
防治冲击地压的实践过程中,发现砂岩类累厚大或石灰岩等较
坚硬的顶板冲击倾向较强,原因就是易形成大面积板块,不易弯曲
折断,积聚大量变形能,导致回采面前方的弹性能巨大,爆发冲击
地压时,弹性能猛烈释放,造成采场附近严重破坏。
2、采场积聚着巨大的能量集中
回采工作面,冲击地压多发生在工作面前方15-70m处,这属
于回采面前方支承压力区,煤岩层积聚着巨大的弹性能,当其超过
煤层承受的极限强度时,便产生冲击地压。当走向支承压力与倾斜
支承压力叠加时,产生的冲击地压更为猛烈和频繁。富力煤矿(地
表标高为+280m),在-240m标高南部18—2层采煤面发生的冲击
地压,即属于“t”,字型应力集中,加之分区煤柱附近有一个落差
2.25m的断层,为重力型——构造型走向支承压力与倾向支承压力
叠加而致的冲击地压。
3、存在能量释放的空间
采场煤体之中存在强大的弹性变形能,在其附近又存在一定的
空间,当煤体达到极限承载强度以上可爆发冲击地压。如果没有释
放能量的空间,强大的弹性变形能将随着采场的移动和受力条件的
改变,可能逐渐缓解以致恢复到常压状态,积存的弹性变形能经过
应力重组被煤休吸收或转化。掘巷多、巷道交叉处相互不垂直(有
锐角),切割量大的采煤方法(房柱式开采,刀柱式开采及短壁开采
等),爆发冲击地压的机会较多。
长壁采煤而遇有断层、陷落柱等情况时,若在工作面前方支承
压力高峰区掘巷,也会引起冲击地压,回采时在三面采空的孤岛区
或半孤岛区也多发生冲击地压。两个长壁采煤工作面或采区间留有
煤柱时,同时开采时在采面、掘进过程中爆发冲击地压机率较高,
富力矿则是在这种情况发生了冲击地压。
二、冲击地压危险影响因素分析
发生冲击地压的地质因素归结起来主要有两个方面:开采深度
和地质构造。
1、开采深度
从开采水平来看,开采深度在500m以下时,冲击危险性较小。
开采深度在500~700m之间。冲击地压发生的危险程度随着采深的
增加会逐渐上升,当矿井开采深度大于700m后,冲击危险性显著增
加。
2、地质构造
冲击地压发生的过程是煤岩失稳破坏的过程,当煤岩体所受应
力超过其强度极限且煤岩系统受到扰动时,煤岩系统会发生动态失
稳,煤岩体内积聚的弹性能会突然释放,从而引起冲击。因此,一
般来说,在应力越集中的地方越容易发生冲击地压,而地质构造则
是应力集中程度较高的区域。
(1)褶皱构造的影响
褶皱构造是煤岩层在水平应力作用下形成的。因此,在褶皱区
的向斜与背斜轴部是应力的集中区。当在向、背斜轴部附近进行采
掘工作时,采动影响打破了煤岩体中的应力平衡,煤岩体在进行应
力重新分配和调整的过程中会释放其储存的弹性变形能,进而引发
冲击地压。
(2)断裂构造的影响
断裂构造引发冲击地压主要是指断层的影响。断层冲击主要表
现为断盘沿断裂面的突然错动猛烈释放能量的过程。压性闭合性逆
断层周围煤岩层中承受较高的残余构造应力,积聚有较高的能量,
因此在采掘工作影响下会引起能量的猛烈释放和断裂面的突然错
动。张性正断层尤其是倾角较大的陡倾正断层,其冲击主要表现为
煤岩在剪应力作用下沿断。裂构造面的突然移动。因此,断层附近
煤岩体的应力集中和易于移动性,往往使煤岩体具有潜在的冲击
性、发生的瞬时性和移动的高速性,因而断层的断裂面和断裂交汇
的区域常被称为冲击地压源。
(3)地质异常区域的影响
地质异常区域是指煤层厚度突然变化、分岔和尖灭处。这些区
域是应力集中区,在煤岩体内储存有较高的残余构造应力,因而该
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