biaoli696302020-01-19

衝擊地壓是指在集中應力作用下，煤巖體內集聚的彈性應變能在一定條件下突然釋放，使煤巖體發生急劇破壞並向採掘空間丟擲的一種動力現象。根據衝擊地壓的大量例項說明，衝擊地壓是煤巖突然破壞而產生的現象。煤炭部門習慣上所指的是，在採動影響下，煤巖突然破壞圍巖發生震動丟擲的現象。是頂板、煤巖、底板相互作用所致。頂板參與衝擊地壓的特點是震級大、破壞力大，對煤礦生產與安全構成嚴重威脅。我國煤礦發生衝擊地壓的條件極為複雜，形成衝擊地壓的強度、頻度、災害程度等差別很大，故在形成機理的理論認知方面亦不斷髮展，主要可歸結為強度理論、能量理論、剛度理論、衝擊傾向理論與衝擊地壓失穩理論等。

6。1。2。1 強度理論判據

根據衝擊地壓發生的實際情況觀測，直觀經驗地認為，衝擊地壓是與煤層突然破裂有關的現象，是應力達到煤巖的極限強度所發生的突然破壞，並以此作為判別衝擊地壓發生與否的準則。事實上，採煤工作面，掘進工作面的周邊應力，經常處於煤巖體極限強度後的變形狀態，而發生衝擊地壓的只是極少數，說明其為影響因素，但不屬主控因素，僅以煤巖強度理論作判據是不充分的。

6。1。2。2 能量理論判據

20世紀60年代中期，庫克等人總結了南非15年來衝擊地壓研究與防治的經驗基礎上，提出能量理論。提出礦體圍巖系統的力學平衡狀態破壞時，若其釋放能量大於消耗的能量時，則發生衝擊地壓。考慮到圍巖、礦體相互作用對沖擊地壓產生的影響。從能量守恆定律出發，以解析式表達能量平衡方程，解釋衝擊地壓的能源問題。目前比較完善的能量判據公式是布霍依諾、布格爾特和裡波溫所提出，即

反應力應變岩石力學在工程中應用

式中：WR為圍巖所釋放的能量；α為圍巖能量釋放有效係數；WE為煤巖所釋放的能量；λ為煤巖能量釋放的有效係數；Wd為煤巖破壞時消耗於煤巖與圍巖交界處所受阻力應於克服的能量。大於1則產生礦山衝擊。

從宏觀地質背景與態勢特徵，釐清區內應力情況與二次應力場展布特性，正確率定WR與Wd值，考慮空間效應，可作出較好貢獻。

6。1。2。3 剛度理論

剛度理論淵源於剛性壓力機，將礦柱與圍巖的關係比擬為試樣與試驗機的關係。將煤巖試樣在極限強度後所發生突然破壞的剛度條件作為礦柱發生衝擊地壓的條件。20世紀70年代，布萊克將此理論完善化，用於分析美國加利納礦的衝擊地壓問題，將礦體與圍巖視為剛度不同的兩個介質，認為礦柱剛度大於圍巖剛度是發生衝擊地壓的必要條件。我國有的科研人員，根據剛性試驗機原理，提出剛度衝擊性指標KCF=Km/│KS│<1時有礦山衝擊地壓危險。判別式中，Km是極限強度前的剛度為正向增加的正值，KS是超過極限以後的負向衰減值，是負值。在卸荷條件、應力應變曲線在峰值後的應力降至一定量值時，會產生衝擊地壓。但這僅是點的剛度進行比較，未考慮點鄰域的有關狀態，故只能作為必要條件，還缺乏作為判斷的充分條件。

6。1。2。4 衝擊傾向度

衝擊地壓的介質都具有一些特殊的物理力學性質，因而可以用一種或一組指標來衡量煤巖介質產生衝擊或破壞的潛在能力。衝擊傾向度由許多引數量度，主要有彈性變形能指數、脆性指數、脆性破壞係數、有效衝擊能指數、極限能量比、極限剛度比、破壞速度指數、應力應變時間特性指數，最大塑性變形速度等。用這些引數將不同煤層的煤進行比較判別，就能事先大致估計煤層發生衝擊地壓的危險程度。產生衝擊地壓的衝擊傾向條件是：煤體的實際衝擊傾向度大於所規定的極限值。這種理論在波蘭煤礦部門很盛行。僅依靠對煤巖的物理力學性來判定能否發生衝擊性地壓是不完善的，難獲預期效果，因地質背景的態勢特徵與開採條件具很大影響。以不同觀點建立的判據準則加以簡單組合，無共同物理基礎，缺乏內在聯絡。

6。1。2。5 衝擊地壓失穩理論

煤層開採前，煤層及頂底岩層處於平衡狀態，開採打破了原有平衡建立新的平衡，如狀態過渡是連續平衡的，屬穩定狀態，不會產生衝擊地壓，當影響從平衡狀態突然躍進變為新的平衡狀態時，有可能產生衝擊地壓。如躍變為新的平衡狀態時勢能較大，成為非穩定時，微小擾動將使系統平衡狀態產生突然躍變，發生衝擊地壓。用勢能原理判別系統平衡狀態穩定性情況，是判別衝擊地壓發生的必要條件，以能量準則判別動力過程穩定性情況，是衝擊地壓發生的充分條件。失穩理論形式上與組合理論相似，包含了所有理論，具有共同物理基礎的合理部分，如在動力過程的失穩判據，就是能量理論所提出的判據，但作了限定性補充，提出只有當系統平衡狀態是非穩定時，外界微小擾動才會發生動力失穩過程。

衝擊地壓與所處地質背景及態勢特徵密切關聯，與其所處應力狀態是首要的關鍵因素，而應力狀態，決定於頂板的情況，決定於頂板岩層的剛度和頂板的抗彎撓度特性，近期已有學者注意與進行頂板大面積來壓機理研究，發生衝擊地壓與頂板性質的關係。從全國衝擊地壓發生事例的調查結果表明，圍巖性質是影響煤層衝擊的主要因素。這是對煤層衝擊地壓形成機理的重大突破，使礦體開採中預測預防提出了正確的指導方向，亦為治理提出了良好對策。