第二章冲击地压发生的机理

1 6 第二章 冲击地压发生的机理 第一节 冲击倾向性鉴定 一、 弹性变形能 冲击地压的巨大破坏性在于煤岩体瞬间释放出大量的能量。从能量转化的角度来看，冲击地压的孕育和发生过程就是能量的积聚和突然释放过程。为了说明冲击地压这种现象，首先必须搞清弹性变形能的概念。 地下岩体（包括媒体）处在复杂的和强大的自重应力、构造应力和开采的附加应力场中。这样，地下赋存的岩层和煤层，由于强大的应力作用，必然导致其体积与形状发生变化，即产生变形。这种变形是外力做功的结果。当岩块尚处于弹性状态且变形不能解除时，外力做的功将以能量的形式储存在岩体内。这种由变形获得的能量称为弹性变形能，也称为弹性位能，或简称为弹性能。因此，处于三向高应力状态下的地下岩体，可能储存有大量的弹性能。 由于在外力作用下岩体发生体积和形状变化，所以岩体内的弹性能分为由于体积变化和由于形状变化而形成的弹性能，分别称为体变弹性能和形变弹性能。 开采活动将改变原岩的应力状态。一旦积聚的弹性能释放出来，就会表现出一系列的矿山压力现象。 根据有关弹性能的力学分析，表明地下岩体中积聚的弹性能与应力大小及煤岩体的力学性质有关。 二、冲击倾向 煤层冲击是冲击地压的最常见的显现形式。因此煤的冲击倾向是冲击地压机理研究的重要内容之一。 大量的冲击地压实例表明，同一矿井，在几乎相同的自然地质和开采技术条件下，有些煤层发生冲击地压，有些则不发生。这就说明发生冲击地压的煤体一般都具有一定的物理力学特性，决定其积聚能量并产生冲击破坏的能力，这种能力可称之为冲击倾向，是煤的固有属性。 煤层冲击倾向鉴定，是进行预测和治理的前提，也是管理工作的基础。在地质勘探阶段，从勘探钻孔取得煤芯，在实验室进行煤的冲击倾向鉴定，其结果可作为矿井设计的基础技术依据，以便从开采程序及方法、开拓布置上采取措施，从根本上消除冲击地压的发生条件。在煤层开采以后，通过进一步的冲击倾向鉴定工作，确定待采区的冲击倾向级别，为生产、管理工作提供客观的基础技术依据。 煤的冲击倾向可以通过试验指标加以度量。以下介绍三种较重要的指标。 1 ． 煤样动态破坏时间 在常规单轴压缩试验条件下，煤试件从极限强度到完全破坏所经历的瞬态延续时间称为煤样动态破坏时间，见图 2 -1 。冲击地压之所以成为一种灾害，不仅在于煤体破坏释放出的能量非 图 2 -1 煤样动态破坏时间 17 常大，而目在于煤体冲击破...