煤礦開采沖擊礦壓災(zāi)害防治

內(nèi)容概要

沖擊礦壓是礦山開采中發(fā)生的煤巖動力現(xiàn)象之一。這種動力災(zāi)害通常是在煤巖力學(xué)系統(tǒng)達到極限強度時，聚積在煤巖體中的彈性能量以突然、急劇、猛烈的形式釋放，在井巷發(fā)生爆炸性事故，造成煤巖體振動和破壞，動力將煤巖拋向井巷，同時發(fā)出強烈聲響，造成支架與設(shè)備、井巷的破壞，人員的傷亡等。沖擊礦壓還可能引發(fā)其他礦井災(zāi)害，尤其是瓦斯、煤塵爆炸、火災(zāi)以及水災(zāi)，干擾通風(fēng)系統(tǒng)，強烈的沖擊礦壓還會造成地面建筑物的破壞和倒塌等。沖擊礦壓以其發(fā)生原因復(fù)雜，影響因素多，發(fā)生突然，破壞性極大而成為礦山巖石力學(xué)、礦山壓力研究中的重大問題。    沖擊礦壓始于1738年的英國煤礦。從那時起到現(xiàn)在的200多年歷史中，包括我國在內(nèi)的世界各采礦國家，如德國、南非、蘇聯(lián)、波蘭、捷克、加拿大、日本和美國等20多個國家和地區(qū)均受到?jīng)_擊礦壓的威脅。許多國家和地區(qū)對沖擊礦壓問題給予了極大的關(guān)注和投入。    對于沖擊礦壓問題的研究，主要集中在三個研究方向上。一是沖擊礦壓發(fā)生機理的研究；二是沖擊礦壓危險性分析、監(jiān)測與預(yù)測技術(shù)的研究；三是沖擊礦壓治理措施的研究。    沖擊礦壓發(fā)生機理十分復(fù)雜。各國學(xué)者在對沖擊礦壓現(xiàn)場調(diào)查及實驗室研究的基礎(chǔ)上，從不同角度相繼提出了一系列的重要理論，如強度理論、剛度理論、能量理論、沖擊傾向理論、三準則和變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論等。20世紀50年代提出的強度理論認為，產(chǎn)生沖擊礦壓時支架—圍巖力學(xué)系統(tǒng)將達到力學(xué)極限狀態(tài)；剛度理論認為，礦山結(jié)構(gòu)的剛度大于圍巖—支架剛度是產(chǎn)生沖擊礦壓的必要條件；能量理論則認為礦山開采中如果支架—圍巖力學(xué)系統(tǒng)在其力學(xué)平衡狀態(tài)破壞時的能量大于所消耗的能量時即發(fā)生沖擊礦壓；沖擊傾向理論認為煤巖層沖擊傾向性是煤巖介質(zhì)的固有屬性，是產(chǎn)生沖擊礦壓的內(nèi)在因素；變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論則認為，煤巖體內(nèi)部高應(yīng)力區(qū)局部形成應(yīng)變軟化，與尚未形成應(yīng)變軟化的介質(zhì)處于非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，在外界擾動下動力失穩(wěn)，形成沖擊礦壓等。    要防治沖擊礦壓的發(fā)生，首先要對可能發(fā)生的沖擊礦壓危險進行評定，確定發(fā)生沖擊礦壓的危險等級并進行預(yù)測預(yù)報。目前對于沖擊礦壓危險性分析、預(yù)測主要采用采礦方法，包括根據(jù)采礦地質(zhì)條件確定沖擊礦壓危險的綜合指數(shù)法、數(shù)值模擬分析法、鉆屑法和煤巖層沖擊礦壓傾向性分類法等；采礦地球物理方法，包括微震法、聲發(fā)射法、電磁輻射法、振動法和重力法等。通過采用上述沖擊礦壓危險性評價及預(yù)測預(yù)報方法，可以達到準確預(yù)測沖擊礦壓可能發(fā)生的地點和位置，較準確地確定沖擊礦壓發(fā)生的強度和震動釋放能量的大小。    而對于沖擊礦壓的治理措施，主要從戰(zhàn)略性的防御和主動解危兩個方面進行。戰(zhàn)略性的防御措施主要有開采解放層，在進行開采設(shè)計時，選擇合適的開采順序、開采方法和采煤工藝，力爭消除形成沖擊礦壓發(fā)生的因素。沖擊礦壓的主動解危措施主要有卸壓爆破、煤層注水、鉆孔卸壓和定向裂縫法等方法。這些方法的應(yīng)用，減弱或消除了沖擊礦壓的危險，取得了很好的治理效果。    《煤礦開采沖擊礦壓災(zāi)害防治》是在《沖擊礦壓防治理論與技術(shù)》（竇林名，何學(xué)秋著，中國礦業(yè)大學(xué)出版社出版）的基礎(chǔ)上，廣泛參閱前人研究成果，根據(jù)作者及其課題組（其中包括陸菜平博士、牟宗龍博士、謝耀社副教授、方新秋副教授、高明仕博士、秦玉紅碩士、姚精明碩士、張小濤碩士、李志華碩士、曹安業(yè)博士、張軍碩士、陳國祥碩士等）幾年來在沖擊礦壓理論研究成果與工程實踐而完成的。全書組織了大量的素材，自成體系，并附有大量的圖表來說明問題，易于理解和學(xué)習(xí)。    衷心感謝岑傳鴻教授、何學(xué)秋教授對作者的關(guān)心和培養(yǎng)；感謝錢鳴高院士、周世寧院士、段克信教授的幫助和支持；感謝王恩元教授、劉貞堂副教授、陳學(xué)華副教授、谷德鐘老師等的幫助和支持，感謝徐州礦業(yè)集團三河尖煤礦、權(quán)臺煤礦，大屯孔莊煤礦，新汶華豐煤礦，兗州礦業(yè)集團東灘煤礦，濟寧二號煤礦、濟寧三號煤礦，義馬千秋煤礦，平頂山技術(shù)中心、十一礦，古城煤礦，棗莊陶莊煤礦，中國礦業(yè)大學(xué)巖控中心等單位的大力支持。    本書中有許多關(guān)于沖擊礦壓理論與實踐方面的新思想和新觀念，其中某些有待于進行更深入細致的研究。由于作者水平有限，書中疏漏謬誤之處在所難免，敬請讀者不吝指正。

書籍目錄

第一章 沖擊礦壓現(xiàn)象、特點及分類  第一節(jié) 沖擊礦壓現(xiàn)象  第二節(jié) 沖擊礦壓的特點  第三節(jié) 沖擊礦壓分類  第四節(jié) 沖擊礦壓和礦震對環(huán)境的影響  第五節(jié) 沖擊礦壓的歷史及現(xiàn)狀  第六節(jié) 典型的沖擊礦壓現(xiàn)象第二章 沖擊礦壓發(fā)生的機理  第一節(jié) 沖擊礦壓影響因素  第二節(jié) 沖擊礦壓發(fā)生的原因  第三節(jié) 煤柱型沖擊的原因分析   第四節(jié) 煤巖沖擊破壞的彈塑脆性模型  第五節(jié) 煤巖沖擊破壞危險性及聲電判據(jù)  第六節(jié) 沖擊礦壓的強度弱化減沖理論第三章 沖擊礦壓預(yù)測及危險性評價  第一節(jié) 沖擊礦壓危險性等級的劃分原則  第二節(jié) 綜合指數(shù)法  第三節(jié) 計算機模擬  第四節(jié) 鉆屑法  第五節(jié) 微震法   第六節(jié) 地音法  第七節(jié) 電磁輻射法  第八節(jié) 煤層圍巖壓力—變形觀測法  第九節(jié) 綜合預(yù)測方法第四章 沖擊礦壓防治  第一節(jié) 沖擊礦壓煤層的設(shè)計原則  第二節(jié) 沖擊礦壓防范措施  第三節(jié) 沖擊危險的解危措施附錄一 沖擊地壓煤層安全開采暫行規(guī)定附錄二 沖擊地壓預(yù)測和防治試行規(guī)范參考文獻

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