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防止采矿诱发冲击地压成灾的卸压洞法

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作者:代写论文  来源:星论文网  发布时间:2012-07-06 10:52:00
   就在采矿、掘进等岩土工程活动中诱发冲击地压特点及其破坏特征进行了论述。提出了一种经济、有效而可行的防治冲击地压成灾的卸压涧法。同时又从岩石力学系绕稳定性角度,对其进行了理论分析。该法从本质上是在矿山采掘活动中以人为定点开挖卸压润来弱化媒体,使由采掘诱发的忡击地压在预定点发生,释放其周围系统中的大部分能量。即在人为预定点放灾而达到控制或防治冲地压灾害的目的。
 关键词冲击地压     成灾    卸压
Abstract:   In this articlewriters put forward the method of pressure relief cave in avoiding rock-burst disaster induced by mining.τ'he emphasis of the method is that we can weaken coal body factitiously at some given places and ensure that rock-burst will occur at those places. While the rock-burst occurred at those given places,the excrescent energy of the system will be releasedthus achieving the goal of prevention and cure of rock-burst disaster.
Key words: rock-burst   disaster;   pressure relief
 
 
引言
    采矿诱发冲击地压是世界性的采矿等岩土工陪活动中常见的灾害,包括前苏联、德国、波兰、日本、南非、加拿大及美国等。在采矿、掘进等程活动中,煤体或岩体突然瞬间破坏,释放大量的能量,伴随围岩振动,甚至波及地面,成为旷区范围内人为活动的地震灾害。在煤炭部门通常将这种类型的地震叫做冲击地压”,“煤爆金属矿采掘中和水电部门隧道掘进中遇到这种灾害叫"岩爆"。我国自1933年的抚顺胜利矿发生首例采旷诱发冲击地压至今,已有70余对煤矿矿井发生过采矿诱发冲击地压,其中35 对矿井累积发生过2000余次具有破坏性的来掘诱发地震[11 ,造成数以千计的操作人员伤亡,国家财产损失累计达数亿元。
    采掘诱发冲击地压的特点之一是冲击源就在五作面或在工作面附近,与普通的天然地震相比,往往强度不高,通常都低于里氏五级,但由于震源浅,震中区烈度大,人们的工作场所和设备储放及运行地点就在震中区,直接威胁工作面附近的工作人员的安全和设备的正常使用:二是破坏是在瞬间迅速完成的,来势猛,发生时间短,先兆不明显,发生时间和空间随机性大,难以预报:三是采矿、掘进空间小,抛出的煤岩体将采空区茹巷道堵严,抢救困难大。经过二十余年的研究,我国对采掘诱发冲击地压的防治工作己取得了一定的进展,如对煤岩体人工超前注水、打卸压孔、放炮诱发或松动、宽巷掘进甚至开卸压槽等,有的矿井基本上消除
了采矿诱发冲击地压的灾害。但随着采矿深度的增加,采矿诱发冲击地压的强度和频度有增加的趋势,同时发生采矿诱发冲击地压的矿井·般都趋于老化,经济效益差,采取任何上述任何一项防治措施都会增加生产环节和成本,所以寻求经济、有效而可行的防治采矿诱发冲击地压灾害的措施就显得特别重要。本文就是在此基础上,区别冲击地压和冲击地压灾害的概念,针对煤矿中常见的挤压式"煤爆"提出了一新的放灾措施,即针对采掘诱发冲击地压随机发生的特点,人为控制煤爆发生地点,起到防灾的目的。在现场应用效果良好,同时从岩石力学系统稳定性原理,对该措施进行了分析。
1 .采矿诱发冲击地压的破坏特征
现场发生的采矿诱发冲击地压一般分为三种,即煤体受压型、采区顶板受拉型及沿不连续面走滑型[2]。在房山矿区,由于煤层的分布不均匀,对受压的煤体常见的有巷道掘进和使用过程中一帮或两帮煤体的突然移动、或者包括采矿工作面煤体的突然移动,平面示意图如图1 所示。其发生过程是煤体在支承压力作用下先发生拉伸破坏,然后再发生整体移动,并伴随有煤体的破碎和振动[3],剖面示意图如图2 所示。宽巷掘进的巷道一般宽度为4m,而煤体内部一般有2-3m 失稳破坏的部分冲向自由空间,并且在移动的过程中发生破碎,这就足以将巷道的自由空间全部培严,掩埋人员和设备,造成灾害。
 
 
 
图1 巷道失稳示意图
Fig.l schematic diagram of the tunnel destruction
without stabilizing
 
2.避免诱发冲击地压成灾的卸压洞法
   冲击地压发生后,极有可能导致灾害,而此灾害的预报难度很大。文献[4]介绍了人为采取超前强扰诱发岩石力学系统失稳,来定时防灾是一种方法。如果能事先人为地弱化采场的某些区域,在人为的调整下使采矿诱发的冲击地压地点基本上固定,则就可在固定的地点释放系统多余的能量,避免灾害发生。这就是避免诱发冲击地压成灾方法的基本思路。3是北京矿务局大安山矿房山矿区防治现场示意图。
图3 巷道掘进时卸压洞布置示意图
Fig. 3 schematic diagram of pressure
relief cave arrangement whi1e tunneling
实施过程为
    (1)根据设计,运输巷为宽巷C4-4.5m) 掘进。在掘进该巷道的过程中,相隔前一个卸压洞18-20m处,在即将开挖的煤体中同时开挖形成新卸压洞:(2) 卸压洞的尺寸为与巷道同高,宽为4m,深为5m;(3) 卸压洞形成后,用栅栏护档。采煤过程中,当采场工作面距离卸压洞8-10m时,卸压洞内发生冲击地压,煤体几乎全部冲击到卸压洞内,而洞外并无发生明显的掩埋,如图4所示。在试验过程中, 2∞m巷道中的10个卸压洞均发生冲击地压,其它部位几乎没有发生冲击事故,保证了煤炭的安全
(2)图2 煤爆发生过程剖面示意图
(3)Fig.2 setiona1 drawing when the coa1 dusts explode
开采
 
 
图4 开采时卸压洞煤爆发生示意图
Fig. 4 schematic diagram of coa1 dusts
exploding while tunneling exploding whi1e tunneling
 
3 .卸压洞形成前后采场稳定性分级
可将无卸压洞时的采场系统划分成若干个子系统,并将各个子系统的稳定性分级,进行稳定性分析,如图5所示。
 
 
图5 卸压确形成前采场系统稳定性分级
Fig.5 classification of system stabi1ity in the mining area
before the pressure relief cave is formed
图中1 2 3 4分别代表不同级别的稳定区域,并且1 区域的稳定度最低, 4区域稳定度最高。形成卸压洞后,与原系统相比,在形成卸压洞的位置上的子系统被消除了,因此人为调整后的总
系统的本质发生了较大的变化,特别是当采场工作面距离卸压洞8- lOm时,在卸压洞附近的子系统稳定度降低,如图6所示。
 
图6 卸压洞形成后采场系统稳定性分级
Fig.6 c1assification of system stabi1ity in the mining area
after the pressure relief cave is formed
     这与现场实际情况相似。显然,卸压洞的存在使煤体在卸压洞周围附近出现了弱化。弱化的煤体极易发生破坏,如果该破坏是失稳破坏,就为冲击地压。卸压洞内发生冲击地压一方面释放煤体内的弹性能,使煤体内的总势能降低,有利于整个煤体的稳定:另一方面,煤体冲击地压向卸压洞内的自由面释放能量,向洞内的采空区冲击,掩埋洞内的空间,保护了运输巷道和煤体的整体稳定。使卸压洞起到了安全阀的作用。
    4. 结论
    (1)卸压洞是一简单易行的防治冲击地压灾害的方法,在巷道掘进时顺便掘出卸压洞,增加工程量小,不影响生产环节,在房山矿区试验中效果明显:
(2) 卸压洞起到了"安全阀"的作用,即在定点位置,人为弱化局部煤体,以局部煤体的失稳破坏保护运输巷道和整个煤体工作面的稳定:
(3) 对具有整体移动的挤压式冲击地压提出了一新的放灾措施,煤体冲击地压和瓦斯突出均有借鉴意义。
 
参考文献:
[1] 王来贵,潘一山,梁冰等.矿井不连续面冲击地压发生过程分析中国矿业, 1995,5(3): 40-43.
[2] 王来费,潘一山,章梦涛.采掘诱发地震的成因及对策[J],中国安全科学学报, 1996,6(3): 42-46.
[3] 王来贵,潘一山,马少鹏.构造型冲击地压发生过程及防治措施研究[J]
岩土力学, 1997(增刊): 5860.
[4] 王来贵,黄润秋,张停元.超前强扰诱发岩石力学系统失稳及其防灾意义的探讨[1].自然灾害学报, 19976(2): 55-59.

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