对于矿井事故分析,过去更多的是靠经验,着重对矿井事故的直接原因进行分析并进而进行防治,而很少使用安全评价方法对煤矿系统中存在的危险源、有害因素进行辨识与分析,从而难以深入查找事故的潜在诱因,更难准确判断矿井系统发生事故的严重程度。
对冲击地压矿井进行冲击危险性评价,可以分析出导致冲击地压事故发生的各种可能因素以及各个因素对事故发生的影响程度,以此为基础可以设计出科学的防范措施,使事故发生可能性降到最小。在分析冲击地压影响因素的基础上,应用相关理论建立矿井冲击地压危险性评价模型,并利用评价模型对矿井区域冲击危险性进行评价。通过冲击危险性评价,在得出冲击危险程度的同时,明确影响冲击地压的主要因素及各影响因素的影响程度。
综合指数法是在分析已发生的各种冲击地压灾害的基础上,分析各种开采技术因素、地质因素等对冲击地压的影响,确定各种因素的影响权重,然后将其综合起来,建立冲击地压危险性评价模型并评价与预测冲击危险性的一种方法。
对于具有冲击地压危险性的矿井来说,在进行采区设计、工作面布置和采煤方法选择等时,都要对该采区、煤层、水平或工作面进行冲击地压危险性评定工作,以减少或避免冲击地压对矿井安全生产的威胁。
冲击地压危险状态可通过分析岩体内的应力、岩体特征、煤层特征等地质因素和开采技术因素来确定。危险性指数分为地质因素评价的指数和开采技术条件评价的指数,综合两者来评价区域的冲击危险程度。
冲击地压危险状态是随着采矿地质条件的变化而在空间和时间上发生变化的,根据国内外相关研究成果,冲击地压危险状态是由下列因素决定的:
①岩体应力。是由于采深、构造及开采历史造成的,其中残留煤柱和停采线上的应力集中将长期作用,而采空区卸压在一定时间后会消失。
②岩体特征。特别是形成高能量震动的倾向。主要来自厚层、高强度的顶板岩层。减小顶板岩层的强度,增加岩层的分层数目,特别是多次分层开采可限制大震动的发生。
此外,根据研究影响冲击地压发生的岩层为煤层上方100m范围内的岩层,其中岩体强度大、厚度大的砂岩层起主要作用。以砂岩为标准的顶板岩层厚度特征参数:
式中:hi——顶板在100m范围内第i种岩层的总厚度;
ri——所给岩层的弱面递减系数。
若定义砂岩的强度系数和弱面系数为1.0,则煤系地层各岩层的强度比和弱面递减系数如表2.3所示。
从统计分析结果看,冲击地压经常发生在具有坚硬顶板岩层的顶板条件下,且其顶板岩层厚度参数值为Lst≥50。
表2.3 煤系地层岩层的强度比和弱面系数比
③煤层特征。主要是在超过某个压力标准值时的动力破坏倾向性。对于所有的煤层来说,条件满足时,都会发生冲击地压。但对于弱冲击煤层来说,所要求的压力值要远远大于具有强冲击倾向性煤层。
因此,通过对煤岩体的自然条件、特征及开采的认识,可以近似确定冲击地压的危险状态及危险等级。
(1)影响冲击地压危险状态的地质因素及指数(www.xing528.com)
影响冲击地压的主要因素有开采深度、顶板岩层坚硬程度、构造应力集中程度和煤层冲击倾向性等。表2.4列出了采掘工作面周围地质条件影响冲击危险状态的因素及指数[4]。
表2.4 地质条件影响冲击地压危险状态的因素及指数
根据表2.4,用(2-2)式来确定采掘工作面周围采矿地质条件对冲击地压危险状态的影响程度以及确定冲击地压危险状态等级评定的指数Wt1。
式中:Wt1——采矿地质因素确定的冲击地压危险指数;
Wimax——表2.4中第i个地质因素中的最大指数值;
Wi——采掘工作面周围第i个地质因素的实际指数;
n1——地质因素的数目。
(2)影响冲击地压危险状态的开采技术因素及指数
根据开采技术条件、煤柱、停采线等这些开采历史和开采技术因素,确定相应的影响冲击地压危险状态的指数,从而为冲击地压的预测预报、危险性评价和治理提供依据。表2.5为研究采掘工作面周围的开采技术因素对冲击地压的影响程度及指数[4]。
表2.5 开采技术条件影响冲击地压危险状态的因素及指数
根据表2.5,用(2-3)式来确定采掘工作面周围开采技术条件对冲击地压危险状态的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数Wt2。
式中:Wt2——开采技术因素确定的冲击地压危险指数;
Wimax——表2.5中第i个开采技术因素的危险指数最大值;
Wi——采掘工作面周围第i个开采技术因素的实际危险指数;
n2——开采技术因素的数目。
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