新兴煤矿冲击危险性影响因素分析.docx

新兴煤矿冲击危险性影响因素分析
 
 
0前沿
冲击地压是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。它具有突发性、部位集中性、时间集中性与延续性、弹射性等特征，在发生的过程中经常造成的可能。
断层处岩层的不连续性导致断层本身的不稳定性，随着采掘工作面的推进，其超前支承压力的影响范围不断向前发展，当达到断层影响区域后，断层两侧本身的残余构造应力与工作面超前支承压力叠加，使断层附近的支承压力增高，形成新的高应力区，如图2-3所示。
新兴矿位于勃利煤田弧形构造西翼，区内地层总体向南倾斜，煤层走向由N60°W渐变为EW方向，煤层倾角由北向南逐渐变大，井田北部煤层倾角一般在7-11°，井田中部煤层倾角15-20°，井田南部煤层倾角20-30°，整个井田为一向南倾斜呈弧形展布的单斜构造。其中68号煤层左二片工作面主要受到以下两个断层的影响：
（1）F4正断层转逆断层：走向ES，倾向SW，倾角56°。
（2）F8正断层：走向ES，倾向N，倾角30°，落差10~30m
同时，由于小型构造发育具有局部性和随机性，在井田勘察阶段很难遇到或难以被识别，而在矿井生产中则会遇到，在准备不充分的情况下容易诱发冲击地压事故。因此，在矿井生产中应加强井下小构造的超前探测。
至2021年12月底，根据新兴煤矿采掘工程平面图、地形地势等高线图、生产接续图，68#煤层计划施工和回采的工作面埋深，按工作面参数可计算得出自重应力，由于构造作用，造成煤层垂直应力比自重应力大，由地应力反演结果得出各工作面所在位置垂直应力，见表2-2。
煤层局部厚度的不同变化对应力场的影响规律为：
1）煤厚变薄区的原岩应力比变厚区大，煤厚减小率或岩煤弹性模量比越大，两区域原岩应力的差值就越大，即应力梯度越大。
2）当工作面由厚向薄回采时，超前支承压力由变厚区向变薄区传递，处于弹性平衡状态的煤体承受的应力越高，存储的弹性形变能就越高，而煤厚变薄区的应力比变厚区大，所以煤厚变薄区存储的能量较变厚区高，但能量的传递方向是从高到低，故而超前支承压力传递到煤厚变薄区是无法正常传递，造成与应力不断叠加，形成第2峰值应力。在煤壁前方两个峰值应力区会形成两个高能区，造成存储的冲击能量较高，当冲击地压发生时，第2峰值应力区形成的高能区会阻碍冲击能量向煤壁深部传递，产生的冲击能量将主要向巷道或者工作面临空面释放，冲击地压的影响范围较大。
3）当工作面由薄向厚回采时，超前支承压力的传递方向是由变薄区想变厚区，能够正常传递，仅形成一个峰值应力。煤壁前方仅存在一个高能区，存储的冲击能量较由厚向薄回采时低，而发生冲击灾害时，产生的冲击能量一部分向巷道或者工作面临空面释放，另一部分向煤壁深部传递，故而冲击范围较有厚向薄回采时小。
五采区68#煤层回采工作面煤层厚度沿倾斜方向变化，走向较稳定，回采过程中加强观测，采取防冲措施，防止发生冲击事故。
3地应力场分布规律研究

初始地应力是指地壳岩层未受人为工程扰动处于原始状态的内在应力，煤矿开采过程中，地应力是导致各种矿山压力显现的来源，也是决定工程煤岩体力学行为的主导因素。地应力场是影响煤炭地下开采工程的外部力学环境，了解其分布情况是合理确定采场布局、开采程序、巷道支护形式及参数等的重要条件。可见，掌握地应力分布规律是确定采矿工程岩体属性、实现工程开挖设计和决策科学化的必要前提。
随着我国煤炭资源持续开采，煤矿开采深度逐年増加。矿井下延过程中，地应力逐渐升高，巷道破坏严重、底板突水、煤与***突出及冲击地压等事故呈现上升趋势，重大冲击地压、煤与***突出事故时有发生，造成严重的经济损失和不良社会影响。这些灾害事故的发生与高地应力的根本力源作用有着内在的联系。因此，对地应力场的研究是安全高效生产的根本需要。
目前，获取矿井局部地应力最直接的方式是现场原位测量。由于现有测量方法成本高、周期长和矿井现场测试环境复杂等特点，无法进行大规模、高密度的测量。此外，地应力场的影响因素众多，煤矿井下地质条件复杂多变，实地测量只能获得局部地应力情况，有限的测量数据无法准确反映大范围井田应力场情况，难以满足矿井工程设计和施工的需要。鉴于此，在充分考虑现场工程地质条件的基础上，利用有限的地应力测量成果，采用科学的反演方法得到较为准确的井田地应力场具有重要的理论价值及工程实践意义。
目前，地应力场反演方法众多，按照时间先后顺序主要有海姆法则、侧压力系数法、边界载荷调整法、应力函数法、位移函数法、回归分析法、神经网络法、遗传算法等。其中多元线性回归分析方法，能够反映地形地质条件和岩体的结构形态，是目前工程中比较成熟且精确的地应力反演方法。

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