2冲击矿压预测与监测实用技术2019513

煤矿冲击矿压预测与监测实用技术曹安业教授博导[e-mail]中国矿业大学矿震冲击研究团队2019年05月13日汇报内容预测预警流程预测评价技术监测预警技术预警指标体系1冲击矿压预测预警流程《煤矿安全规程》、《细则》流程煤岩冲击倾向性鉴定（评估）——评价——确定冲击地压煤层——确定冲击地压矿井；（第九—十三条件）冲击危险性评价可采用综合指数法或其他经实践证实有效的方法。评价结果分为四级：无冲击地压危险、弱冲击地压危险、中等冲击地压危险、强冲击地压危险。（第十五条）开采冲击地压煤层时，必须采取冲击地压危险性预测、监测预警、防范治理、效果检验、安全防护等综合性防治措施。（二十二条）冲击地压矿井必须进行区域危险性预测（以下简称区域预测）和局部危险性预测（以下简称局部预测）（四十四条）冲击地压矿井必须建立区域与局部相结合的冲击危险性监测制度，区域监测应当覆盖矿井采掘区域，局部监测应当覆盖冲击地压危险区，区域监测可采用微震监测法等，局部监测可采用钻屑法、应力监测法、电磁辐射法等。（四十六条）1冲击矿压预测预警流程综合指数法多因素耦合分析法经验类比法地质动力区划法可能性指数法应力分析法2冲击危险预测评价技术应用范围广简单易于理解可操作性强不易操作适于研究辅助取值危险性预测评价技术综合指数法多因素耦合法危险指数和等级分级分区划分区域指导设计、监测和防治对策2冲击危险预测评价技术综合指数法是在综合分析评价各类（种）采矿、地质因素对冲击地压发生影响权重的基础上，评估矿井、采区、采煤工作面或巷道的冲击地压危险综合指数、冲击地压危险等级和状态，并预先制定相应的防治对策。多因素耦合分析法综合分析综合指数法中对应的各类（种）影响因素及权重，考虑多因素相互叠加影响，评估不同地段冲击地压危险多因素耦合指数和冲击地压危险程度（按无、弱、中等、强划分），并对回采区域进行分段定级。2冲击危险预测评价技术综合指数法既是一种早期评价预测的方法，又是一种区域和局部预测的方法。地质因素确定冲击危险：主要考虑了冲击矿压发生的情况、开采深度、地质构造、坚硬顶板、顶板厚度特征参数、煤的冲击倾向性、煤的强度等7个因素。开采因素确定冲击危险：主要考虑了开采技术条件、开采历史、煤柱、停采线、采空区、煤层的变化带、断层皱曲等11（12）个开采因素对冲击矿压发生的影响。X71max711iiiitXW11(12)1211(12)max1iitiiXWX2.1综合指数法序号影响因素因素说明因素分类危险指数1W1同一水平煤层冲击地压发生历史（次数/n）n=00n=112≤n＜32n≥332W2开采深度hh≤400m0400m＜h≤600m1600m＜h≤800m2h＞800m33W3上覆裂隙带内坚硬厚层岩距煤层的距离dd＞100m050m＜d≤100m120m＜d≤50m2d≤20m34W4煤层上方100m范围顶板岩层厚度特征参数Lst,Ls＜50m050m＜Lst≤70m170m＜Lst≤90m2Lst90m35W5开采区域内构造引起的应力增量与正常应力值之比=（g-）/≤10%010%＜≤20%120%＜≤30%2＞30%36W6煤的单轴抗压强度RcRc≤10MPa010MPa＜Rc≤14MPa114MPa＜Rc≤20MPa2Rc＞20MPa37W7煤的弹性能指数WETWET＜202≤WET＜3.513.5≤WET＜52WET≥53序号影响因素因素说明因素分类危险指数1W1保护层的卸压程度好0中等1一般2很差32W2工作面距上保护层开采遗留的煤柱的水平距离hzhz≥60m030m≤hz＜60m10m≤hz＜30m2hz＜0m（煤柱下方）33W3工作面与临近采空区的关系实体煤工作面0一侧采空1两侧采空2三侧及以上采空34W4工作面长度LmLm＞300m0150m≤Lm＜300m1100m≤Lm＜150m2Lm＜100m35W5区段煤柱宽度dd≤3m，或d≥50m03m＜d≤6m16m＜d≤10m210m＜d＜50m36W6留底煤厚度tdtd=0m00m＜td≤1m11m＜td≤2m2td＞2m3序号影响因素因素说明因素分类危险指数7W7向采空区掘进的巷道，停掘位置与采空区的距离LjcLjc≥150m0100m≤Ljc＜150m150m≤Ljc＜100m2＜50m38W8向采空区推进的工作面，停采线与采空区的距离LmcLmc≥300m0200m≤Lmc＜300m1100m≤Lmc＜200m2Lmc＜100m39W9向落差大于3m的断层推进的工作面或巷道，工作面或迎头与断层的距离LdLd≥100m050m≤Ld＜100m120m≤Ld＜50m2Ld＜20m310W10向煤层倾角剧烈变化（＞15°）的向斜或背斜推进的工作面或巷道，工作面或迎头与之的距离LzLz≥50m020m≤Lz＜50m110m≤Lz＜20m2Lz＜10m311W11向煤层侵蚀、合层或厚度变化部分推进的工作面或巷道，接近煤层变化部分的距离LbLb≥50m020m≤Lb＜50m110m≤Lb＜20m2Lb＜10m3序号影响因素因素说明因素分类危险指数1W1发生过冲击矿压n=0-2发生过冲击矿压0多次发生32W2开采深度hh≤500m0500m＜h≤700m1h＞700m23W3顶板岩中坚硬厚层岩层距煤层的距离d＞100m050m＜d≤100m1d≤50m34W4煤层上方100m范围顶板岩层厚度特征参数Lst,Lst＜500Lst≥5025W5开采区域内构造引起的应力增量与正常应力值之比=（g-）/＞10%1＞20%2＞30%36W6煤的单轴抗压强度RcRc≤16MPa0Rc16MPa27W7煤的弹性能指数WETWET＜202≤WET＜52WET≥54综合指数法2序号影响因素因素说明因素分类危险指数1W1工作面距残留区或停采线的垂直距离60m060-30m230m32W2未卸压的厚煤层顶煤或底煤厚度大于1.0m33W3未卸压一次采全高的煤厚3.0m03.0-4.0m14.0m34W4两侧采空，工作面斜长为Lm＞300m0150m≤Lm＜300m2Lm＜150m45W5沿采空区掘进的巷道煤柱宽度d≤3m03m＜d≤10m210m＜d≤15m46W6接近煤柱的距离小于50m掘进面2回采面3序号影响因素因素说明因素分类危险指数7W7掘进工作面接近老巷的距离小于50m老巷已充填1老巷未充填2老巷已充填1回采工作面接近老巷的距离小于30m老巷未充填2面接近分叉的距离小于50m掘进或回采面38W8面接近落差大于3m的断层距离小于50m接近上盘1接近下盘29W9面接近煤层倾角的褶曲小于50m≥15度210W10面接近煤层侵蚀或合并部分掘进面或回采面211W11开采过上或下解放层，卸压程度弱-2中等-4好-812W12采空区处理方式充填法2垮落法0冲击矿压危险程度的预测预报以上给出了采掘工作面周围地质因素和采矿技术因素对冲击矿压的影响程度及冲击矿压危险状态等级评定的指数Wt1和Wt2的具体表表达式，根据这两个指数，用下式就可确定出采掘工作面周围冲击矿压危险状态等级评定的综合指数Wt。式中，Wt为某采掘工作面的冲击矿压危险状态等级评定综合指数，以此可圈定冲击矿压危险程度。,max21ttt2.1综合指数法华亭煤业砚北煤矿250205上工作面2.1综合指数法取值说明—地质因素：[1]W1—5层煤中多次发生过冲击矿压，取值3；[2]W2—开采深度为450-462m，小于500m，取值0；[3]W3—顶板硬厚岩层距5煤层的距离小于50m，取值3；[4]W4—向斜构造造成一定程度应力集中，取值2；[5]W5—顶板岩层厚度特征参数大于50，取值2；[6]W6—煤体的单轴抗压强度大于16MPa，取值2；[7]W7—煤的冲击能量指数大于5，取值2；2.1综合指数法表3-2250205上工作面采矿地质条件确定冲击矿压危险等级序号因素冲击矿压危险状态影响因素Wi1W15层煤中多次发生过冲击矿压32W2开采深度为450-462m03W3顶板中坚硬厚岩层距煤层的距离50m34W4开采区域内构造应力集中25W5顶板岩层厚度特征参数Lst5026W6煤的抗压强度Rc16MPa27W7煤的冲击能量指数WET548Wt10.842.1综合指数法250205上工作面两条顺槽的开采技术条件对冲击危险的影响，指数见下表(表中A、B、C表示回风顺槽前940m，940～1550m和后550m范围，D、E、F为运输顺槽前500m，500～1500m和后600m范围，G为工作面)。表3-3250205上工作面开采技术条件影响冲击矿压危险状态的因素及指数序号因素冲击矿压危险状态影响因素ABCDEFG1W1未卸压的厚煤层留顶或底煤33333332W2采面接近煤柱的距离小于50m00000003W3接近煤层倾角剧烈变化的褶曲距离小于50m20022004W4采空区处理方式采用垮落法00000005W5未卸压一次采全高的煤厚33333336Wt2=∑Wi/∑Wimax0.730.550.550.730.730.550.552.1综合指数法分析多个冲击矿压影响因素的叠加影响作用，详细确定不同开采地段所具有的不同冲击矿压危险等级，用于指导冲击矿压危险预测、监测和治理工作。这种方法是首先判断开采区域是否具有冲击矿压危险。若该区域具有冲击矿压危险，则使用多因素影响程度叠加法对区域内各个地段进行分区分级预测。主要是分析影响地段冲击地压危险的因素，根据各地段的实际情况对各个因素进行危险等级划分，叠加各个因素的危险等级，用于指导“分类防治”。2.2多因素耦合法No.IndexFactorDescriptionregionalism1W1落差大于3m、小于10m的断层区域前后20m前后20-50m2W2倾角变化(15°)褶曲区域前后10m3W3煤层侵蚀、合层或厚度变化区域前后10m前后10-20m4W4顶底板岩性变化区域前后50m前后50-100m5W5上保护层开采遗留的煤柱下方区域煤柱下方及距煤柱水平距离30m距煤柱水平距离30-60m6W6落差大于10m的断层或断层群区域距离断层30m距离断层30-50m7W7向采空区推进的工作面接近采空区50m接近采空区50-100m接近采空区100-200m8W8不规则采面或多个采面开切眼、停采线不齐区域拐角煤柱前后20m9W9巷道交叉区域“四角”交叉前后20m“三角”交叉前后20m10W10沿空巷道煤柱区段煤柱宽6m＜D＜10m区段煤柱宽10m≤D≤30m区段煤柱宽30m＜D≤50m2.2多因素耦合法No.IndexFactorDescriptionregionalism11W11工作面超前支承压力区工作面煤壁超前50m工作面煤壁超前50~100m工作面煤壁超前100~150m12W12老顶初次来压前后20m13W13工作面采空区“见方”区域单工作面初次“见方”前后50m多工作面初次“见方”前后50m单或多采面周期“见方”前后20m14W14留底煤区域底煤厚度0m＜M≤1m底煤厚度1m＜M≤2m底煤厚度2m15W15采掘扰动区域－2.2多因素耦合法按顶板厚度确定冲击危险区6°7°10°6°7°10°6°7°10°6°7°10°6°7°10°兖州煤业股份有限公司济三煤矿20°20°24°5°06'29°13°2°17'5°30'5°42'3812°12°11'5°42'386°7°10°Ⅳ2001ⅥⅤⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅠ2002ⅡⅨⅩⅪⅫ2003ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅥⅦⅦⅧⅧⅨⅨⅩⅪⅫⅠⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ冲击矿压危险区图例强冲击（三种以上）中等冲击（二种因素）弱冲击（一种因素）无冲击顶板影响危险区煤厚影响危险区构造影响危险区煤层变化影响危险区按煤层厚度确定冲击危险区6°7°10°6°7°10°6°7°10°6°7°10°6°7°10°兖州煤业股份有限公司济三煤矿20°20°24°