兖矿防冲与智能开采技术交流报告孟祥军

兖矿集团冲击地压防治技术与智能开采模式探索实践2019年5月22日兖矿集团孟祥军1北京邹城太原西安榆林鄂尔多斯贵阳乌鲁木齐上海加拿大澳大利亚和顺县菏泽现有国内外生产矿井31对煤炭产能2.21亿吨2018年煤炭产量1.61亿吨灾害重用人多风险高冲击危险性较高……贵州、新疆、山西水害威胁高瓦斯、突出矿井陕蒙矿井山东省内生产矿井8对核定产能3821万吨基建矿井1对、设计产能180万吨牢记习近平总书记“发展决不能以牺牲安全为代价”坚持安全核心理念:隐患就是事故、防治胜于救灾、健康价值至上坚持抓住重大灾害防治，牢牢把握智能化用人少大方向坚持系统化研究区域化布局个性化施策专业化支撑CONTENTS目录一、兖矿冲击地压防控体系构建二、兖矿智能化开采模式探索三、问题与探讨机构人员到位制度保障到位装备投入到位专业管理到位（一）严抓四个到位健全保障体系总经理任组长分管副总经理总工程师成员：防冲专家委员会、冲击地压防治研究中心、防冲办公室和专职防冲副总副组长一是机构人员到位集团公司成立冲击地压防治领导小组矿长任组长分管安全副矿总工程师本部厚煤层矿井防冲管理机构防冲队伍专职人员≧8人≧30人副组长条件较为复杂的矿井防冲管理机构防冲队伍专职人员≧12人≧50人专职防冲副总防冲办生产技术科地测科通防科调度室二是制度保障到位制定实施完善落实健全完善安全目标责任考核、安全投入保障、教育培训、冲击危险评估、预测预报等综合管理制度及岗位责任制制定规范设计、评估、监测预警、卸压解危等管理程序。《冲击地压防治技术规范》《冲击地压防治工作管理规定》《冲击地压防治工作“十条硬性规定”》等一系列规定冲击地压防治管理工作流程图累计投入4亿元用于完善冲击地压防治系统装备和技术研究。冲击地压矿井配备波兰SOS微震监测系统，应力在线监测系统。三是装备投入到位装备了德国哈泽玛格手持式风动钻机、P75大功率钻机，西安研究院履带式钻车、千米定向钻机，重庆研究院卸压孔施工遥控智能钻车等国内外先进的防冲监测治理装备，满足现场安全要求。严格执行上级核定产能指标，不超产、不突击生产；冲击地压矿井实行一矿一策、分类管理、分区管控，对千米深井及重点矿井强化日常监督、重点管控；将防冲专业人员纳入特种作业人员培训管理，提升防冲综合素质。四是专业管理到位装备管理培训技术规划设计防控超前（二）立足三个超前实施风险预控冲击危险评估超前风险管控精准施策超前一是规划设计防控超前合理优化开采布局上覆岩层的“载荷三带”原理图沿倾向和走向覆岩运动规律与冲击地压规律的关系岩层传载结构冲击冲击冲击Δσ1Δσ2Δσ3支承压力曲线短周期长周期无周期静载带延时加载带即时加载带开拓巷道：深井全部布置在煤层底板及稳定岩层中，在煤层、半煤岩中布置开拓巷道全部进行防冲安全论证；准备巷道：出现穿层及留底煤的，全部采取底板卸压处理措施；回采巷道：深刻认识矿井深部开采与浅部开采在矿压特征及应力场分布等方面的本质差别，深井开采巷道布置方式适合浅部开采，浅部开采巷道布置方式不适合深井开采。根据采场覆岩“载荷三带”理论，全面调整冲击地压矿井生产布局采动空间内外应力场分布图工作面周围沿倾向和走向内外应力场分布规律高应力分布随放水量、地表沉陷程度而变化矿井深部开采与浅部开采在矿压特征及应力场分布等方面存在本质差别，大力推广回采巷道与相邻工作面顺槽小煤柱、无煤柱、负煤柱护巷技术，相邻工作面切眼、停采线尽可能对齐，避免形成不规则煤柱和应力集中;具备条件的优先采取宽大工作面布置；多煤层开采时，下层煤工作面不越过上层煤工作面顺槽、切眼及停采线，上层煤开采不得形成给下层煤开采造成困难的煤柱区。5.5m3.5m↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓低应力区保护带巷道小煤柱采空区可塑性煤柱（3）优化支护设计提高顺槽掘进支护强度有效控制巷道变形解决了采煤工作面上下安全出口因大变形带来的卡脖子问题，等于取消了一个巷修队为回采期间缩短、简化超前支护创造条件效果研究发现沿空顺槽大小断面回采期间顶底板移近量相近的规律全面推广回采巷道大断面支护设计（巷道最大宽达5m以上，高达4m左右）高强度支护（u型钢梁、高强度大延伸率锚索、恒阻大变形锚杆（索）以及锚杆锚索让压环）优先开采解放层，同一采区内工作面严格按顺序开采，避免形成孤岛工作面等高应力集中区。因地质构造等难以避免的因素形成的特殊工作面，坚持先采小面、后采大面。同一区域内禁止相向采掘，禁止向采空区方向推进。东翼东部回风巷5#联回风3#联6#联二号变电所探煤巷4#联1301运顺东翼第二行人进风巷9#联2#联8#联东翼第二皮带巷(综放)1304运顺1303运顺10#联轨皮2#联溜煤溜煤东翼一、二回联络巷东翼第一回风巷1308运顺1309运顺7#联1304运顺1304运煤巷1304中间提三采区轨道上山1304轨顺溜煤1304轨顺(综放)东翼第一回风巷东翼上部回风巷(综放)1305运顺1304轨顺1305运顺1#联3#联东翼轨道大巷一号变电所东翼第二行人进风巷(综放)机头联甩车场1#联2#联(综放)东翼第二皮带巷1302轨顺1302运顺溜煤溜煤溜煤通风1300运顺1300轨顺1301轨顺1301运顺1303轨顺4#联电控硐室溜煤机尾联探煤巷东翼一采行人上山东翼一采皮带上山东翼一采轨道上山东翼火药库回风巷7#联津浦铁路保护煤柱1305运煤巷1305轨顺1305轨顺中间提1306运顺8#联1305运顺中间提DF2H=0～5m∠70°DF6H=0～10m∠73°一区采七采区一采区1305轨顺(综放)硐室高度9.02米钻机硐室硐室高度8.58米钻机硐室1307运顺储煤9#联1306轨顺(综放)1306轨顺新增回风巷6°30'25°溜煤1308中间联1307轨顺1307轨顺1307轨顺(综放)避难硐室1308运顺1308轨顺1308轨顺1309中间联(综放)1309运顺1309轨顺1309轨顺1309轨顺1309②切眼自救器补给站6#联(综放)1309①(综放)1309②①④⑤⑥⑦⑧⑨⑩②③严格开采程序二是冲击危险评估超前根据采掘接续计划编制防冲五年规划和年度计划，超前分析划定冲击危险区域，所有采掘工作面均委托外部专家进行冲击危险评估，分级防治措施，未经评估论证的严禁采掘活动。新建万福矿井生产布局、巷道布置全部按照冲击地压矿井标准设计建设。综合指数法判定冲击危险等级示意图三是风险管控精准施策超前系统评价各工作面冲击危险性，编制冲击地压防治“一矿一策”实施方案，实行分级管控、精准施策。定期召开风险隐患排查专业会议，对较大风险、重大风险及B级以上安全隐患治理情况及时进行跟踪，对方案落实不力或不落实的，进行挂牌督办。8°6°FV54∠75°H=2.5mFV56∠60°H=3.0m∠45°H=1.5mFV83∠51°H=0.6m31°7°FV91∠40°H=2.0mFr07∠60°H=3mFr16∠45°H=2.6m上综采5°183下04工作面183下03工作面183上04工作面183上06(北)工作面183上06(南)工作面183上03工作面183下04辅顺183下03辅顺183上05工作面183下04胶顺工作面回采期间冲击危险区域划分强冲击危险中等冲击危险弱冲击危险强化监测预警强化卸压解危强化工作面支护强化安全防护（三）突出四个强化狠抓灾害治理一是强化监测预警设置冲击地压监测中心，采用微震监测系统、应力在线监测系统等对全矿进行24小时不间断监测，并安排专职人员24小时值班,一旦出现超过监测预警指标或危险预兆时，立即对现场进行超前预警，撤离人员。24小时不间断监测专职人员24小时值班钻屑法及时现场验证二是强化卸压解危提前对划定冲击危险区域煤体超前实施大直径钻孔卸压工作面冲击危险区域预卸压布置图钻孔卸压后危险仍未解除的，加大密度继续卸压或进行煤体卸压爆破。顶板坚硬易形成大面积悬顶的，提前进行爆破断顶或实施高压水力致裂。巷道底煤厚度超过1m的区域，提前进行断底预裂处理。直接顶实体煤基本顶断层装药段（约20m）封孔段（＞12m）孔深（40m）顶板深孔爆破卸压孔顺槽三是强化工作面支护工作面配备高强度、大工作阻力液压支架；有冲击危险的工作面两巷采用超前液压支架支护；顺槽支架以外施工u型钢梁、高强度高延伸率锚索提前加强支护。15°锚杆φ22×2400巷中750750750500075075075015001420间排距1500×1600锚索φ22×850015°-20°90°沿空侧压风管排水管供水管电缆钩实体煤侧500500锚索φ22×5000锚索φ22×300025°-35°380050005000锚索φ22×850010°-15°1500锚索φ22×8500注浆管注氮管90°1000锚杆φ20×10001000750750750750钢带L=2000沿空掘进顺槽断面及支护图综放工作面沿空顺槽锚杆支护设计图全面提高冲击危险工作面的支护强度四是强化安全防护严格执行冲击危险区域限员挂牌、限员管理制度，具有冲击地压危险的掘进工作面200米以外、采煤工作面顺槽超前300米以外设置限员管理站，严格限定掘进工作面人员不超9人、采煤工作面不超16人。工作面人员准入管理站工作面警戒牌板工作面危险程度封闭限员区域时间（工序）限员管理站设置掘进工作面评估具有弱冲击危险管理站至迎头全时段9人在迎头后200m以外且仅能通达迎头的巷道口或皮带机岗点评估具有中等及以上冲击危险在距离评估具有中等及以上冲击危险区50米至通过评估具有中等及以上冲击危险区50米后区段掘进时截割期间及截割后15分钟内≤8人按上述要求设管理站，并在迎头后200米外设岗警戒。采煤工作面评估具有冲击危险的区域在前方距离评估具有冲击危险的区域100米范围及在评估具有冲击危险的区域内回采时，其巷道距离工作面煤壁前方5～150米范围在距冲击危险巷道30组支架范围内割煤、放煤、移架作业时辅顺0人在辅顺控制台、胶顺距离工作面煤壁300米处设管理站，并在冲击危险巷道距煤壁前方5米、150米处设岗警戒胶顺1人（或远程操控）冲击危险区域人员准入推广应用远距离供电供液方式，移动变电站布置在工作面顺槽时，距离工作面煤壁不少于200m；合理控制采煤工作面推进速度；采煤工作面出口、掘进工作面迎头向外200m范围内不存放物料，确需存放的进行生根固定；受动压影响范围内的锚杆、锚索采取防崩措施。着力提升防治措施针对性（四）着力三个提升持续科技攻关着力提升防治技术手段着力提升防治技术研究能力一是着力提升防治措施针对性与有关院校合作，开展冲击地压及矿震发生规律研究，有针对性地采取防治措施。震动次数随时间变化0501001502002503003506.16.116.216.317.107.207.308.98.198.299.89.189.2810.710.1710.2711.611.1611.26日期震动次数，/次震动次数随时间变化对煤柱型、构造应力型冲击地压，一般采用煤体钻孔卸压、爆破卸压等措施进行防治；对于顶底板较为坚硬的应力集中型冲击地压，一般采取岩层断顶预裂和煤体卸压等措施进行防治；切顶卸压示意图对于煤层上部高位巨厚坚硬岩层破断时可能导致的矿震及冲击地压，以超前预防为主，通过加强监测、控制开采速度、强化工作面支护等措施进行防治。研究成果先后获得国家安全生产科技成果奖二等奖及山东省科技进步一等奖。二是着力提升防治技术手段与北京科技大学合作开展综采工作面冲击地压实时在线监测预警系统研究，首次实现了回采工作面冲击地压在线监测和预警，并在全国广泛推广使用；水箱水管高压泵高压管控制阀压力表流量计高压管高压管高压封孔器预裂隙控制阀转接头额定工作压力30MPa流量80L/min无缝钢管控制阀卸压阀转接头与中国矿业大学合作开展高压水力致裂技术研究，致裂深度达到30m，致裂半径最大达到28m，消除爆破安全隐患，提高了施工效率。与中国矿业大学合作，利用井下煤岩层CT成像反演技术，掌握采动前煤体的应力分布情况，绘制出煤体周围的应力分布图，提高了解危工程的针对性。地层CT层析成像