煤矿冲击矿压灾害及其控制

煤矿冲击矿压灾害及其控制技术冲击矿压事故煤岩动力灾害—冲击矿压冲击矿压是煤岩体中聚集的能量突然大量释放，快速破坏煤岩体，并产生强烈震动。我国最大的冲击矿压为里氏4.3级，地面震感明显，已成为公共安全问题。冲击矿压研究冲击矿压发生原因机理研究冲击矿压危险性评价及预测预报研究冲击矿压治理措施研究1）冲击矿压机理研究地质与开采影响冲击矿压的发生强度理论、刚度理论、能量理论、冲击倾向理论、三准则和变形失稳理论2）冲击矿压预测预报研究冲击矿压可能发生地点位置，可达到准确预测冲击矿压发生强度和震动释放能量，可较准确确定可确定冲击矿压的危险程度、危险性大小3）冲击矿压治理研究长期防御性措施—开采顺序、开采方法、采煤工艺、开采保护层等主动解危措施—卸压爆破、煤层注水、钻孔卸压、定向裂缝法等主要内容一、冲击矿压灾害现象二、冲击矿压类型三、煤岩冲击破坏的机理四、冲击矿压分级分区预测技术五、冲击灾害控制机理与技术六、冲击灾害及控制现场实例一、冲击矿压灾害现象煤矿冲击矿压灾害我国煤矿灾害严重。主要有瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、火灾、突水和冲击矿压等不同灾种。2005年我国生产原煤21.9亿吨。26%的原国有重点大中型矿区受冲击矿压威胁。随开采深度及开采强度增加，冲击矿压灾害日趋严重，已经严重影响煤矿的安全高效生产。00.10.20.30.40.50.60.70.8300400500600700800900开采深度/m冲击次数/百万吨煤矿冲击矿压严重程度与开采深度统计曲线冲击矿压事故一、冲击矿压灾害现象煤矿冲击矿压灾害冲击矿压是采掘空间周围煤岩体中聚集的能量突然大量释放，快速破坏煤岩体，并产生剧烈震动，造成人员伤亡和采掘空间严重破坏的煤矿灾害。我国最大的冲击矿压里氏4.3级，破坏巷道500多米，地面震感明显，已成为公共安全问题。冲击后冲击矿压能引起煤岩层和采空区中的瓦斯大量涌出，引发瓦斯爆炸事故。安徽淮北芦岭2003年“5.13”顶板冲击引起采空区瓦斯大量涌入采掘空间，遇火源发生瓦斯爆炸事故，死亡84人。辽宁阜新孙家湾2005年“2.14”冲击矿压引起煤岩层裂隙瓦斯大量涌出，遇火源发生瓦斯爆炸事故，死亡214人。孙家湾遇难矿工遗体开始火化矿工蹲坐在发生事故的井口214名矿工已全部遇难家属获赔付20万元19日，辽宁阜新孙家湾特大矿难发生第6天。阜新矿业集团和当地有关方面正在全力以赴处理善后工作，已有130多名遇难者家属与阜新矿业集团签订了善后赔偿协议...[全文]胡锦涛温家宝：采取一切措施抢救被困人员事故发生后，党中央、国务院领导同志高度重视，胡锦涛、温家宝、黄菊等作出重要批示，要求地方和有关部门立即采取一切措施，全力抢救井下被困人员...[全文]超产是矿难频发“祸首”暴利下生死之赌抢救现场：·抢救矿难伤员现场见闻特写：在重症病房门前·能多救一个人就多救一个人-孙家湾井口救援见闻·辽宁阜新矿难引发矿震2.5级抢救工作有序进行事故进展：·开始辨认遇难者遗体平安人寿赔付第一单2万元·国家安监局工作组抵达辽宁孙家湾煤矿事故现场评论分析：·事故频发警示转变增长方式是终结矿难根本之举·矿难赔偿考验的是政府的行政态度和行政能力背景资料：·辽宁阜新孙家湾煤矿·什么是瓦斯爆炸？有哪些危害？·井下发生煤尘爆炸如何自救瓦斯爆炸怎样处理相关专题陕西铜川矿难河北沙河矿难河南平顶山矿难热点专题搜索事故现场矿工们在等待消息矿工们围坐在一起矿工们焦急不安救护队员准备下井救援救护人员在指挥工作孙家湾遇难矿工遗体开始火化矿工蹲坐在发生事故的井口214名矿工已全部遇难家属获赔付20万元19日，辽宁阜新孙家湾特大矿难发生第6天。阜新矿业集团和当地有关方面正在全力以赴处理善后工作，已有130多名遇难者家属与阜新矿业集团签订了善后赔偿协议...[全文]胡锦涛温家宝：采取一切措施抢救被困人员事故发生后，党中央、国务院领导同志高度重视，胡锦涛、温家宝、黄菊等作出重要批示，要求地方和有关部门立即采取一切措施，全力抢救井下被困人员...[全文]超产是矿难频发“祸首”暴利下生死之赌抢救现场：·抢救矿难伤员现场见闻特写：在重症病房门前·能多救一个人就多救一个人-孙家湾井口救援见闻·辽宁阜新矿难引发矿震2.5级抢救工作有序进行事故进展：·开始辨认遇难者遗体平安人寿赔付第一单2万元·国家安监局工作组抵达辽宁孙家湾煤矿事故现场评论分析：·事故频发警示转变增长方式是终结矿难根本之举·矿难赔偿考验的是政府的行政态度和行政能力背景资料：·辽宁阜新孙家湾煤矿·什么是瓦斯爆炸？有哪些危害？·井下发生煤尘爆炸如何自救瓦斯爆炸怎样处理相关专题陕西铜川矿难河北沙河矿难河南平顶山矿难热点专题搜索事故现场矿工们在等待消息矿工们围坐在一起矿工们焦急不安救护队员准备下井救援救护人员在指挥工作一、冲击矿压灾害现象冲击矿压引起大量瓦斯涌出岩爆造成损害细部岩块嵌入水管表面电缆被高速抛出的岩块割断(实验结果表明：岩石弹射速度50m/s)新汶矿务局华丰矿实例92年3.28--4.24日在四层煤连续发生6次危害较大的冲击矿压现象。50年代中期印度某金矿巷道中岩爆造成的戏剧性效果(dramaticeffect)岩爆前中度破坏区严重破坏区完全闭合区冲击矿压多发区域425316序号发生冲击矿压的地点垮落面充填面1采空区边的原煤体（60m）9.4-2采动压力影响的原煤体27.45.93采动压力区外靠近采空区10.40.94采动压力区内靠近采空区11.36.65靠采空区的原煤体（60m）2.8-总数61.313.26采动压力区外的原煤体24.5巷道：72.6%工作面：27.4%残采区停采线：89％一、冲击矿压灾害现象冲击矿压对井下巷道工作面的影响冲击矿压对井下巷道的影响主要是动力将煤岩抛向巷道，破坏巷道周围煤岩的结构及支护系统，使其失去功能。振动速度对井巷的影响影响程度振动速度,mm/s影响特征I200对井巷无影响II200~400对井巷影响较小，产生小破坏，出现裂缝、剥落等现象III400对井巷影响较大，出现大裂缝冲击矿压、震动使人体各器官产生共振而损伤。医学分析表明：脑部，91%；胸部，60%；内部器官，18%；上下肢，18%。冲击矿压对矿工的影响器官名称共振频率Hz头4眼7~25上下颚60~90喉、气管、支气管6~8胸12~16上肢5~9骨3~8腹腔4.5~10肝3~4膀胱10~18骨盆5~9下肢5人在坐的位置5~12人在站的位置4~6能量为1×10^4J的震动，造成大部分人员脑部、脸部损伤，其次为心脏、胃、脊柱、肾等损伤。人体各器官共振频率分布及某次冲击矿压频率与人体器官对应的关系频谱最大值1×10＾４　Ｊ下肢脊椎骨膀胱喉、气管眼头上下颚上肢肝腹腔胸腔骨21005020105频率Hz一、冲击矿压灾害现象冲击矿压对矿工的影响冲击矿压对将造成类似于地震那样的灾害。日期地点震动能量震级建筑物破坏数量1970.09.30Bytom8×1094.264271981.07.12Bytom1×1093.84521982.06.04Bytom9×1083.775881984.02.18Ligota-kochlowice2×1093.952411992.05.05Bojszowy2×1093.953001994.12.09Kochlowice3×1094.04140一、冲击矿压灾害现象冲击矿压对地表建筑物的影响能量为7×106J的震动，在地表记录到的最大加速度为300mm/s2，对地表的影响强度为6级。04080120160200020406080100120加速度振幅，m/s频率，Hz2001年1月23日1:30震动震动能量7×10x方向82-4.00-3.00-2.00-1.000.001.002.003.000.000.330.671.001.331.672.002.332.673.00-4.00-3.00-2.00-1.000.001.002.003.000.000.330.671.001.331.672.002.332.673.00-4.00-3.00-2.00-1.000.001.002.003.000.000.330.671.001.331.672.002.332.673.00^加速度仪测量的结果震动加速度频谱图一、冲击矿压灾害现象冲击矿压的防治方法冲击矿压的防治方法冲击矿压危险状态评价方法冲击矿压的治理方法分析法采矿法地球物理测量法长期的临时的应力集中位置预测震动活动预测煤层冲击危险分类矿山压力岩层认识地层结构开采历史动力现象观察小直径钻孔微震地音振动地电电磁其它岩体移动巷道压缩开采顺序开采方向组织法律规程松散煤岩体技术工艺控制煤层布置开采工艺支护方式组织措施引发冲击矿压二、冲击矿压类型冲击矿压的特点直接将煤岩动力抛向巷道，引起强烈震动，产生强烈声响，造成岩体的破断和裂缝扩展突发性。无预兆，过程短暂，持续时间几秒到几十秒，难于准确预报发生时间、地点和强度瞬时震动性。像爆炸强烈震动，重型设备被移动，人员被弹起摔倒，震动波及范围可达几公里甚至几十公里，地面有地震感觉巨大破坏性。大量煤体突然抛出，堵塞巷道，破坏支架；造成惨重的人员伤亡和巨大的生产损失复杂性。各种条件和采煤方法均出现过二、冲击矿压类型冲击矿压的影响因素开采深度煤岩的冲击倾向性顶板岩层结构的影响地质构造的影响开采技术条件的影响随着开采深度的增加，采矿工程面临的问题更加复杂，由此产生的工程灾害事故更为严重，尤其是冲击矿压危险加大。1、开采深度00.10.20.30.40.50.60.70.8300400500600700800900H,mWt,n/milt采深与冲击矿压的关系我国煤矿深井冲击矿压发生情况2、煤岩的冲击倾向性在一定的围岩与压力条件下，任何煤层中的巷道或采场可能发生冲击矿压煤的强度越高，引发冲击矿压所要求的应力越小，反过来说，若煤的强度越小，要引发冲击矿压，就需要比硬煤高得多的应力煤的冲击倾向性是评价煤层冲击性的特征参数之一冲击能量指数KE弹性能量指数WET动态破坏时间DT单向抗压强度Rc指标强冲击弱冲击无冲击动态破坏时间DT/ms≤5050~500＞500冲击能量指数KE/kJ≥5.05.0~1.5＜1.5弹性能量指数WET≥5.05.0~2.0＜2.02、煤岩的冲击倾向性WET=a+eb+cRc弱冲击倾向性RC≤16MPa强冲击倾向性RC＞16Mpa020406080100051015202530Rc,MpaC,MPa弱冲击倾向冲击倾向C1=Cn2、煤岩的冲击倾向性051015202530354000.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.018应变应力，/MPa①②③煤岩组合试样应力应变全程曲线对比图煤样百分比与弹性模量关系曲线E=-9493.3b+6894.8R2=0.73640100020003000400050000.250.30.350.40.450.50.55煤样百分比/b弹性模量/E2、煤岩的冲击倾向性煤岩高度比值与单轴抗压强度关系曲线y=-40.442x+44.367R2=0.970308162432400.250.350.450.550.650.750.850.95煤样与岩样高度比值/c单轴抗压强度/σcy=5.4085x-3.4895R2=0.980601234560.70.80.911.11.21.31.41.51.61.7顶板与煤样高度比值冲击能指数组合煤岩试样中顶板强度越大，则其冲击倾向性就越强当顶板与煤层高度比值大于0.6时，顶板高度越高，冲击能指数越大，则冲击倾向性就越强坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在其破断过程中或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，形成强烈震动，导致顶板煤层型顶板型冲击矿压。Uw与岩层悬伸长度的五次方成正比，即L值越大，积聚的能量也越多。厚度越大的坚硬岩层越不易冒落，形成的L值也就越大。例如，厚度为7.64m的坚硬砂岩层，来压步距为53m，按上式计算出的值，占总能