矿山顶板事故防治-太原理工大学张百胜-冲击预测_图文.ppt

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1、矿山顶板事故防治-太原理工大学张百胜-冲击预测_图文 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 （一）顶板动态法（一）顶板动态法 顶板动态的前兆主要是通过监测顶板的运动状态、支承压力显现范围及峰值位置来预测冲击危险。冲击地压一般发生在坚硬的顶板条件下，坚硬顶板运动往往是诱发冲击地压的主要因素之一。顶板的急速下深或突然断裂，会引起震动，都有可能诱发冲地地压。因此，坚硬顶板悬露的面积、断裂运动的时间是冲击地压预测的关键。一般情况下，岩层沉降速度愈小，推进的面积愈

2、大，断裂运动产生的冲击和压出煤的强度愈高；下位基本顶岩梁相对稳定的步距愈大，发生冲击地压的强度愈高。因此，采用顶板动态法监测冲击地压是比采用顶板动态法监测冲击地压是比较有效的较有效的。二、冲击地压的预测方法二、冲击地压的预测方法 监测区域监测区域 （a）从工作面推进到煤壁上应力达到煤体破坏强度（开始形成内应力场）的部位起，到随工作面推进，煤层上支承压力继续增加，内应力场形成足够的缓冲带。该地段是监测的重点区域。（b）初次来压后，工作面不断推进，上覆坚硬岩层断裂来压，在超前顺槽发生冲击地压。这主要是由于随工作面的推进，悬露面积的增大，煤体上应力不断增大，如上位基本顶岩梁内弹性能增加。一旦基本顶岩

3、梁断裂沉降，应力产生转移，在相关部位产生冲击地压，主要发生在超前工作面前方80m范围内。监测过程监测过程 顶板动态法监测冲击地压的过程如下：坚硬顶板运动造成应力转移（与顶板运动有关）采用动态法预测顶板断裂的规律预测冲击地压危险。通常采用位移计在超前顺槽内布置测点，监测顶板的运动规律及支承压力的分布规律。在运输巷与回风巷安装，间隔距离为5.0m，监测区域为超前顺槽50.0m范围。前兆信息识别前兆信息识别 依据顶底板移近量和移近速度的变化（包括反弹现象），判断顶底板断裂的位置，反弹或顶底板移近速度加速之时，正是冲击地压发生的前兆。(二二)钻屑法钻屑法 钻屑法又称钻粉率指数法或钻孔检验法。钻屑法是通

4、过在煤层中钻小直径钻孔（直径42mm50mm），根据钻孔在不同深度排出的煤粉量及其变化规律以及有关动力现象判断冲击危险的一种方法。钻粉率法是在高应力带，打钻孔时取出的煤粉量V1与正常的排粉量V2之比，作为冲击倾向变的指标，也称钻粉率指数K。它也可用煤量体积比或重量比表示：K=V1V2 为了及时客观地评价采掘地点的冲击危险程度，必须适时确定支承压力带峰值大小和位置。峰值愈大、距煤壁距离愈近，冲击危险程度就愈大。但直接测定煤层应力相当困难，一般采用相对评价的方法。根据钻粉率指数，将煤层冲击地压危险程度划分为三级；即I级(弱冲击地压)、级(中级冲击地压)、级(强烈冲击地压)。(三三)微震法或地音监测

5、法微震法或地音监测法 岩石在压力作用下发生变形、破坏过程中，必然产生声响和震动，以脉冲形式向周围岩体传播，产生应力波或声发射现象。这种声发射也称地音。因此，用微震仪或地音仪记录这一系列地震波，根据地震波的强弱变化规律和正常地震波相比，可以判断煤层或岩体发生冲击的倾向度。具体的做法是把测量的地音强度与本地区正常的平均地音对比，以明显超过平均强度值，并持续数小时。在这种高地音强度之后，几小时或十几小时的低强度时期内，往往可能出现冲击地压。(四四)能量法能量法 它是以弹性能与永久变形消耗能之比，作为衡量煤体冲击倾向度的指数及，其表达式和临界值如下：补充补充采用岩石切割机、磨样机及岩样钻取机把煤及岩样

6、加工成标准的试件。抗压、抗剪、弹性模量、泊松比、冲击能量指数、动态破坏时间的测定采用50100的圆柱体。抗拉采用5025的圆柱型试件。弹性能量指数采用5050的圆柱型试件。本次实验共实验试件822块，其中实验失败 196 块，成功626块（表3-1所示）(五五)综合测定法综合测定法为了力求更准确预报来判断发生冲击地压的时间和地点，可同时采用顶板动态法、钻屑法、微震法、地音监测法、能量法等综合分析进行确定。相似材料模拟试验是以相似理论为基础，按照实际相似材料模拟试验是以相似理论为基础，按照实际原型与模型之间所需的一定的模拟条件加工成模型，原型与模型之间所需的一定的模拟条件加工成模型，从物理概念上

7、来研究原型内部各因素的变化规律及从物理概念上来研究原型内部各因素的变化规律及其相互联系，因而能直观地反映所研究的物理现象，其相互联系，因而能直观地反映所研究的物理现象，给出较为明确的结论。给出较为明确的结论。相似材料模拟试验具有试验效果清楚直观，试验周相似材料模拟试验具有试验效果清楚直观，试验周期短，见效快等特征。期短，见效快等特征。相似模拟试验相似模拟试验相似模拟试验原理相似模拟试验原理（1）相似第一定理）相似第一定理 过程相似则相似准数不变，相似指标为1。（2）相似第二定理）相似第二定理 描述相似现象的物理方程均可变成相似准数组成的综合方程。现象相似，其综合方程必须相同。（3）相似第三定理

8、）相似第三定理 在几何相似系统中，具有相同文字的关系方程式，单值条件相似，且由单值条件组成的相似准数相等，则此两现象是相似的。11.1.1相似定理相似定理 定理定理 如果描述一物理现象要有n个物理变量（其中有k个物理量的因次是独立的，可作为基本测量单位）构成一个因次齐次方程式，则此方程式可转化为（n-k）个互相独立的无因次乘积（n-k）组成的方程式，或简言之，可以转化为一个完整无因次乘积集合之间的关系式。具体应用时应保证模型和实体满足相似三定理，主要有以下几项内容:（1）模型与原形的几何相似）模型与原形的几何相似要求模型与实体几何形状相似，几何相似是物理模拟的基本条件，为此满足长度比为常数，即

9、 几何相似比；分别为实体和模型的线性尺寸。（2）模型与原形的运动相似）模型与原形的运动相似要求模拟与实体所有各对应点的运动情况相似，即要求各对应点的速度、加速度、运动时间等都成一定比例。所以，要求时间比为常数，即：时间相似比。（3）模型与原形的动力相似）模型与原形的动力相似要求模型和实体的所用作用力都相似。矿山压力主要考虑覆岩的自重，因此要求原型与模型的容重比为常数，即：容重相似比；分别为原型和模型的容重。（4）模型与原型的应力相似）模型与原型的应力相似模型正面及位移测点布置图 应力测点布置及动态应变仪YJ-5型静动态应变仪 DTM-531E型全站仪 模型1老顶周期垮落步距 模型1老顶初次垮落步距图