冲击地压预防新技术及典型案例

冲击地压防控新技术潘一山辽宁大学煤矿重大动力灾害协同创新中心2016年7月28日一、冲击地压的严重性二、冲击地压预测新技术三、冲击地压防治新技术四、冲击地压防控的几点建议提纲一、冲击地压的严重性煤矿冲击地压煤矿冲击地压过去一年来国内冲击地压事故2015年5月26日艾友煤矿发生冲击地压事故造成4人死亡，3人受伤。2015年7月26日，星村煤矿发生冲击地压事故，造成1人受伤；2015年7月29日，赵楼煤矿发生一起冲击地压事故，造成5人受伤；2015年12月22日，耿村煤矿发生冲击地压事故，2人死亡。美国克兰德尔峡谷煤矿冲击地压震源位置破坏区域钻孔采空区矿工死亡受伤位置两次冲击事故及人员伤亡位置8月6日人员位置房柱号最小破坏区域8月16日人员位置长壁式采煤法长壁式采煤法房柱式采煤法3月冲击位置2007年8月6日，美国尤它州，克兰德尔峡谷煤矿发生冲击地压事故，震级3.9，造成6人死亡。8月16日救援过程中，又发生冲击地压，造成3人死亡，6人受伤。2014年4月16日，澳大利亚澳星煤矿发生冲击地压事故，2名矿工被埋死亡。澳大利亚澳星煤矿冲击地压事故冲出的煤体搜救现场采煤联合机煤层1巷道宽5.5m，高2~3m432冲击地压发生地点，（2人死亡位置）其它六个矿工位置锚杆、锚索联合支护方式2016年2月25日俄罗斯科米共和国北方煤矿780m深处发生冲击地压事故，共造成36人死亡，其中包括28日救援过程中，矿井又发生瓦斯爆炸，造成5名救援人员和1名矿工遇难。俄罗斯北方煤矿冲击地压事故•浅部矿井发生冲击地压新疆、甘肃等西部省区，已有多个矿的浅埋煤层（埋深＜350m）发生了冲击地压。•传统理论认为无冲击危险矿井发生冲击地压“三软”矿区（如徐州东部矿区）也发生了严重的冲击地压事故。•普遍认为不发生冲击地压的褐煤发生冲击地压褐煤（如平庄矿区），已有冲击地压发生。•新矿井建设期间开拓大巷冲击地压发生原有的认识认为只有充分采动或进入深部的生产矿井才会发生冲击地压。无冲击矿井出现冲击地压我国煤矿已发生的9020次破坏性冲击地压，对2510次有相关记录数据的进行研究，发现发生在巷道中的冲击地压2178次，占冲击地压总数的86.8%。巷道冲击严重传统支护难以满足防冲要求未进入深部开采，冲击地压、瓦斯突出、自然发火、矿井突水等灾害单一发生。进入深部开采，冲击地压和瓦斯突出、自然发火、矿井突水等灾害复合发生，具有冲击地压+新特点。复合灾害：冲击地压+平煤十矿2007.11.12事故低于全矿井相对瓦斯涌出量27.4m3/t底板大裂缝底鼓500mm支护损毁支护损毁冲击地压特征煤与瓦斯突出特征兼具突出和冲击特征（1000米采深）冲击-突出复合省份矿井冲击危险程度煤层自然发火倾向河南千秋、耿村、常村、跃进、杨村强冲击危险极易自燃，最短发火期7天山东华丰、孙村、潘西、新巨龙、华恒、协庄、良庄、鄂庄、赵庄、东滩、赵楼强冲击危险自然发火倾向性为Ⅱ类，最短发火期为42天辽宁阜新五龙、老虎台强冲击危险极易自燃最短自然发火期为13天吉林龙嘉堡、西安冲击危险极易自燃最短自然发火期为20天山西同家梁、煤峪口、忻州窑、白洞、四老沟冲击危险易自燃最短自然发火期为30天黑龙江富力、俊德、南山、兴安、东欢坨冲击危险I、Ⅱ类自燃煤层最短自然发火期为50天冲击-发火复合冲击-发火复合千秋煤矿，2008年6.5冲击地压事故死亡13人，原因之一为工作面开采过程中5月12日采空区发生严重火灾。之后采取加快工作面推进速度，导致冲击地压发生，冲击地压发生后，工作面推进速度减慢，7月又一次发生采空区发火灾害。防冲防火开采速度冲击地压孕育发生，导致裂隙的进一步贯通，冲击地压促进突水；矿井突水发生后，岩层应力集中促进煤岩裂纹扩展，助推冲击地压的形成，矿井突水促进冲击地压。冲击-突水复合目前我国已有177个冲击地压矿井，分布于20个省(市、自治区)。146167443115333485161410产煤省市冲击地压显现省市113辽宁16吉林6山东43安徽5黑龙江14江西3河南16重庆3江苏8新疆4北京7陕西3山西11内蒙古1河北4湖南14四川3贵州10甘肃5广东1合计177全国177个冲击地压矿井冲击地压矿井增长趋势随着时间，冲击地压矿井数量不断增加冲击地压矿井数量逐年增加二、冲击地压预测新技术根据煤岩冲击倾向性预测冲击倾向性是发生冲击地压的内因。冲击地压危险性的宏观预测根据活动构造预测冲击地压矿井活动构造带构造活动直接控制冲击地压的发生。根据区域地质构造预测Ⅲ级活动断裂控制着平顶山东部矿区八矿、十矿和十二矿动力灾害的发生。Ⅲ级断裂Ⅳ级断裂Ⅴ级断裂动力灾害点胜利龙凤矿门头沟西安老虎台房山天池城子大台南桐一井永定庄唐山陶庄台吉煤峪口八一砚石台忻州南山擂鼓三河尖姚桥孙村八景峨四井孔庄富力张庄振兴济宁三号跃进始发深度/m0100200300400500600700800900始发深度根据开采深度预测始发深度：一般为200m～400m，少数矿井达到500m以上。根据应力集中区预测背斜向斜阜新孙家湾矿：2000年，5.28事故，2.9级，死亡4人。位置：孙家湾向背斜轴间。根据煤层厚度变化预测阜新五龙矿：3311综放面，煤层厚度变化大，忽厚忽薄。2002年掘进时发生了4.18冲击地压，造成8人死亡。2003年回采时到附近位置又发生了3.28冲击地压，一死4伤。3311皮带道3311风道开切眼28m50m回采掘进采终线221区采空区煤层变化带根据孤岛煤柱预测开滦唐山矿发生13次破坏的冲击地压，均发生在孤岛和半孤岛煤柱。孤岛煤柱根据工作面“见方”预测双鸭山集贤煤矿西二采区单工作面“见方”阶段、双工作面“见方”阶段、三工作面“见方”阶段为冲击危险区。集贤煤矿西二采区九层左一片工作面回采过程冲击危险性区域划分强冲击危险区H=1.45∠60°ⅡⅣⅤⅥⅥⅦⅦⅦⅧⅧⅧⅨ10-ⅨⅨ-10ⅨⅨⅩⅩⅩ11°11°EE1B1B2B3B4B5B6B7B8B9A11A12B10B11A1A2A3C1123B1A4A5A137L6A141K1K32-473.85-469.12-474.58-464.97-492.89-486.92ⅪⅫⅫⅫⅠ-11ⅡⅡ11°11°13°西二采区二片下料道二段西二轨道下山西二采区一片皮带道1.160.170.35K39K5K6AK8K9B1a12K10K11K12K13K14A15-492.60-548.33-494.35-487.55-567.42-496.45-576.41-589.06-600.51-600Ⅲ-602.26HⅨ-11H1ⅩⅪH3H4316ⅧⅨC7C8C9C10-517.05ⅩⅩH=0.2∠70°H=0.2∠70°西二采区一片下料道二段西二皮带下山B2-466.1211-Ⅰ二段西二回风下山-58200-58000220m440m595m660m726m80m巷道扩修增加了冲击地压发生概率吉林龙家堡煤矿：60%以上冲击地压均与巷道扩修有关。根据巷道扩修预测工作面同采对冲击地压的影响双工作面同时推进比单工作面推进冲击地压释放能量和频次都大。根据开采互相影响预测图错误！文档中没有指定样式的文字。-1停产前和恢复生产后307工作面微震活动性对比051015202530354045500.0E+005.0E+071.0E+081.5E+082.0E+082.5E+083.0E+083.5E+084.0E+084.5E+085.0E+082013-3-272013-3-292013-3-312013-4-22013-4-42013-4-62013-4-82013-4-102013-4-122013-4-142013-4-162013-4-182013-7-42013-7-62013-7-82013-7-102013-7-122013-7-142013-7-162013-7-182013-7-202013-7-222013-7-242013-7-262013-7-282013-7-302013-8-12013-8-32013-8-52013-8-72013-8-92013-8-112013-8-132013-8-152013-8-172013-8-192013-8-21频次能量/J日期每日释放能量每日发生次数单面推进双面同时推进频次能量根据开采速度预测华丰矿2408采面冲击能量与产量关系钻屑法监测冲击危险性冲击地压危险性最简单、直观的检测方法。0123456012345678孔深r/m钻屑量/kg/m1#2#3#钻屑量测试结果冲击地压危险性的仪器监测煤粉收集煤粉重量计量钻屑温度监测钻杆扭矩推力监测钻机巷道煤壁岩体应力分布ρ平顶山矿区，通过钻屑排粉重量、钻屑温度、钻杆扭矩和临界指标对比，确定冲击危险性。钻屑温度、钻杆扭矩监测冲击危险性采动应力监测冲击危险性峻德煤矿2013年3.15冲击地压发生前，采动应力监测值较高，而冲击地压发生后采动应力降低。KJ21支架压力在线监测系统结构新疆宽沟煤矿冲击地压发生时支架压力工作面冲击后操作简单，适用于坚硬顶板条件下的工作面冲击地压监测预报支架压力监测冲击危险性冲击地压井下微震监测冲击危险性SOSAREMISISSESG8Ch数据采集器微震传感器微震传感器三分向振动传感器WiFi中继站台阵数据中心用户终端阵列机交换机服务器振动传感器GPS授时高密度高频无线地面微震实时监测系统地面微震监测冲击危险性传感器定位安装微震仪监测界面五龙矿测点布置情况五龙矿地面微震监测设备现场应用西瓦矿震发生时刻：2014年9月23号11:07原始信号。震级：2.9矿区中心孙家湾五龙矿地面微震监测设备现场应用对应集贤煤矿冲击地压区域的开采进度，五个监测点。集贤矿地面微震监测设备现场应用21141掘进工作面迎头50米范围电磁辐射数据趋势折线图051015202530354045501-251-261-271-281-291-311-11-21-31-51-61-81-91-101-111-121-131-141-151-171-181-191-201-211-221-231-241-251-261-28测试时间强度强度冲击煤炮优点：操作简单，投入较低缺点：电磁干扰比较严重千秋煤矿21141掘进工作面50m范围电磁辐射数据变化趋势电磁辐射监测冲击危险性强度测试时间电荷感应法监测冲击危险性北京、平顶山、双鸭山矿区。020406080100120-5-4-3-2-1012345感应电荷信号/pC测点距工作面距离/m工作面距离停采线110m破碎区应力集中区原岩应力区工作面见方期020406080100120-2-10123456感应电荷信号/pC测点距工作面距离/m便携式和在线式煤岩电荷监测设备破裂（震动）裂隙发展应力变化曲线应力监测+声发射监测+微震监测塑性区弹性区应力场裂隙场震动场•应力在线监测•弹性波CT探测•钻屑法监测•声发射监测•电磁辐射监测•电荷感应监测•微震监测巷道冲击地压危险性的综合预警平顶山矿区冲击危险性综合预测等级Ⅰ：作业中进行危险状态的抽测。等级Ⅱ：确定检测指标处于安全状态，可进行采矿作业。等级Ⅲ：采取两种及以上组合的局部解危措施。等级Ⅳ：采取综合性解危措施。等级Ⅴ：采取综合性解危措施，加强巷道的强力支护等。冲击地压复合动力灾害，既要通过预测区分复合动力灾害的类型，还要通过预测确定复合动力灾害的危险等级。冲击地压复合灾害一体化预测监测物理量危险级别瓦斯突出突出-冲击冲击-突出冲击地压钻屑量S(kg/m)I6.05.54.53.5II6~95.5~7.54.5~6.03.5~5.0III97.56.05.0钻屑粒度(%)I20242731II20~1524~2027~3031~35III15203035瓦斯解吸指标Δh2(Pa)I2001507035II200~500150~40070~20035~150III500400200150相对钻屑温度T(℃)I-7-4717II-7~-19-4~-137~171