一、冲击地压
冲击地压是指在开采过程中,积聚在煤炭体中的能量,瞬间释放出来,产生一种以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象。特征:常伴随有很大的声响、岩体震动和冲击波,在一定范围内可以感到地震;有时向采掘空间抛出大量的碎煤或岩块,形成很多煤尘,释放出大量的瓦斯。
根据原岩(煤)体应力状态不同,冲击地压可分为3类:重力型冲击地压、构造应力型冲击地压、中间型或重力一构造型冲击地压。重力应力型冲击地压:主要受重力作用,没有或只有极小构造应力影响的条件下引起的冲击地压。??? 构造应力型冲击地压:主要受构造应力(构造应力远远超过岩层自重应力)的作用引起的冲击地压 。中间型或重力~构造型冲击地压:主要受重力和构造应力的共同作用引起的冲击地压。
根据冲击的显现强度分类:(1)弹射:一些单个碎块从处于高应力状态下的煤或岩体上射落,并伴有强烈声响,属于微冲击现象。 (2)矿震:它是煤、岩内部的冲击地压,即深部的煤或岩体发生破坏,煤、岩并不向已采空间抛出,只有片带或塌落现象,但煤或岩体产生明显震动,伴有巨大声响,有时产生矿尘。较弱的矿震称为微震。 (3)弱冲击。煤或岩石向已采空间抛出,但破坏性不很大,对支架、机器和设备基本上没有损坏;围岩产生震动,一般震级在2.2级以下,伴有很大声响;产生煤尘,在瓦斯煤层中可能有大量瓦斯涌出。 (4)强冲击。部分煤或岩石急剧破碎,大量向已采空间抛出,出现支架折损、设备移动和围岩震动,震级在2.3级以上,伴有巨大声响,形成大量煤尘和产生冲击波。?
根据震级强度和抛出的煤量分类:(1)轻微冲击:抛出煤量在10t以下,震级在1级以下的冲击地压。 (2)中等冲击:抛出煤量在10t~50t以下,震级在1级~ 2级的冲击地压。 (3)强烈冲击:抛出煤量在50t以上,震级在2级以上的冲击地压。 一般面波震级Ms=1时,矿区附近部分居民有震感;Ms=2时,对井上下有不同程度的破坏;Ms>2时,地面建筑物将出现明显裂缝破坏。
根据发生的地点和位置分类: (1)煤体冲击。发生在煤体内,根据冲击深度和强度又分为表面、浅部和深部冲击。 (2)围岩冲击。发生在顶底板岩层内,根据位置有顶板冲击和底板冲击。
二、冲击地压机理
冲击地压成因的机理:对冲击地压成因和机理的解释主要有强度理论、能量理论、冲击倾向理论和失稳理论。
1、强度理论
该理论认为,冲击地压发生的条件是矿山压力大于煤体--围岩力学系统的综合强度。其机理为:较坚硬的顶底板可将煤体夹紧,阻碍了深部煤体自身或煤体--围岩交界处的变形(见下图)。由于平行于层面的摩擦阻力和侧向阻力阻碍了煤体沿层面的移动,使煤体更加压实,承受更高的压力,积蓄较多的弹性能。
从极限平衡和弹性能释放的意义上来看,夹持起了闭锁作用。在煤体夹持带内,压力高、并储存有相当高的弹性能,高压带和弹性能积聚区可位于煤壁附近。一旦高应力突然加大或系统阻力突然减小时,煤体可产生突然破坏和运动,抛向已采空间,形成冲击地压。