刘虎高工陕西省应急厅冲击地压防治培训课件

陕西地区冲击地压现状及防治对策山东能源集团冲击地压灾害防治研究中心2019年5月30日汇报人：刘虎电话：[phone]目录一引言陕西地区冲击地压现状及特点陕西地区冲击地压防治难点陕西地区冲击地压防治对策结语二三四五一引言1、冲击地压煤矿冲击地压是指在煤矿开采过程中一种煤（岩）体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。一般情况下发生在围岩级别为I类围岩中。一引言1、冲击地压特点：突发性、多样性、破坏性及复杂性、破坏长度大、空间堵塞率高、冲击波伤人严重巷道冲击情况一引言2、简单说明我国煤矿正以每年8-12m的速度向深部延深，逐步进入深部开采阶段，出现了诸如冲击地压等一系列的问题和特点。随着西部大开发战略的实施，陕西、内蒙等西北部煤炭资源开始开发利用，西部一些矿井也逐步进入深部开采阶段。冲击地压灾害将会更为严重、更为突出、更为普遍煤炭开发较早的，比如淮南、徐州、平顶山、开滦、山西等地已经进入深部开采阶段，矿区冲击矿压显现现象普遍，影响矿井安全高效生产。深部开采冲击地压防治更需理论创新与技术突破一引言2、简单说明潘一山从煤岩材料变形破坏机理出发，进行冲击地压防治与预测研究，提出了冲击地压失稳理论及其判别准则；缪协兴从非时间和时间相关滑移理论分析，在冲击地压判断依据中引入了时间参量，通过对裂纹贯穿前，膨胀导致自由面位置分析进行预测预报。······尽管冲击地压理论和技术研究一直没有停止，但是由于科技水平和人类认识的局限性，其理论研究和应用还有待进一步完善。二陕西地区冲击地压现状及特点1、陕西地区冲击地压现状矿区冲击情况备注彬长矿区、麟北矿区和旬东矿区彬长矿区自南向北随着埋藏深度的增加，冲击倾向性由弱变强，冲击危险性趋势与倾向性基本一致个别煤矿已发生了多次冲击，造成了巷道底臌变形、锚网脱落、设备移位等，虽然没有造成人员伤亡，但经济损失非常大。麟北矿区已经建设的3处煤矿基本属于中等冲击倾向性和中等冲击危险性——旬东矿区冲击倾向性属于弱冲击，基本是无冲击危险，但不排除个别区域具有冲击危险性——二陕西地区冲击地压现状及特点1、陕西地区冲击地压现状矿区冲击情况备注铜川矿区、澄合矿区铜川矿区北区目前正在进行相关鉴定和评价工作个别煤矿已经发生了冲击临近煤矿及焦坪矿区埋深较大的煤矿尚未开展冲击倾向性鉴定工作——澄合矿区埋藏深度超过400m的煤矿无冲击倾向性——二陕西地区冲击地压现状及特点1、陕西地区冲击地压现状榆神矿区三期、榆横矿区南区、榆横矿区北区、吴堡矿区、古城矿区以及正在编制规划的榆神矿区四期部分矿井埋藏深度及顶板地质条件有类似《防治煤矿冲击地压细则》第10条规定之条件，是否存在冲击危险，尚需进一步鉴定与评价。纵观陕西煤炭矿区分布，随着新矿区的开发，煤矿开采深度、开采强度随之加大，具有冲击倾向性的煤矿数量可能会有所增加。无论从冲击矿井的数量还是程度上看，陕西已成为全国煤矿冲击灾害严重的省份之一。二陕西地区冲击地压现状及特点2、陕西地区冲击地压特点（1）冲击地压矿井分布非常广泛。冲击地压矿井分布广泛，遍及陕西境内彬长、麟北、旬东、铜川、渝北等陕北、关中地区多个矿区，数量众多、分布广泛。（2）冲击地压事故的频度和强度增大。随着煤碳埋藏深度的增加，冲击倾向性由弱变强，冲击危险性趋势与倾向性基本一致。二陕西地区冲击地压现状及特点2、陕西地区冲击地压特点（3）冲击地压诱发次生灾害多。由于大采深、高地压、强采动的影响，煤岩介质在原岩应力场、采动应力场和瓦斯应力场共同作用下，导致煤岩动力灾害性质的改变，有原来单一类型动力灾害事故向耦合型煤岩动力灾害转变，这类灾害在逐渐增多，如：2004年陕西省陈家山煤矿“11.28”综放开采发火引发瓦斯爆炸事故。（4）浅部开采矿井冲击事故增多。冲击地压发生深度接近400m是已广泛认同的结论性认识。但是已有几座煤矿在埋深小于280的条件下发生冲击地压灾害，这和原来对冲击地压的理解有着巨大的差异。（5）冲击地压多发生在巷道。冲击地压的发生地点主要包括回采工作面、掘进工作面和巷道，其中首推巷道发生次数最多。如2014-2017年，彬长矿区的煤矿发生了不同程度冲击地压动力现象，其中几个煤矿冲击地压动力现象发生在基本建设大巷掘进期间。三陕西地区冲击地压防治难点（1）冲击地压机理还不是很明确（2）部分煤系地层分布在地质构造带附近陕西地区部分矿井煤系地层位于延安组第一、第二、第三岩段，顶板岩性主要为砂质泥岩和泥岩，底板岩性主要为砂质泥岩。从该区域发生资料统计来看，严重的冲击地压都发生在应力集中度比较高的地质构造带附近。（3）多灾害并存，防治方法相互制约。如彬长矿区和麟北煤田矿井多灾害并存，水、火、瓦斯、冲击地压等主要灾害相互影响，导致防治难度加大。三陕西地区冲击地压防治难点（4）管理机构不完善，责任划分不明确（5）防冲专业人才的缺失（6）防冲监测系统的不适应性（7）部分矿区为新建矿区，矿井基础具有特殊性缺少同类别经验四陕西地区冲击地压防治对策1、冲击地压矿井认定流程煤矿满足细则第十条，对煤岩层进行冲击倾向性鉴定。无冲击倾向性有冲击倾向性（无论是弱还是强冲击倾向性。）对矿井、煤层、采区、采掘工作面进行冲击危险性评价无冲击危险性有冲击危险性无论是弱、中等还是强冲击危险，必须采取防冲对策，其中如果鉴定具有强冲击倾向性，评价煤层具有强冲击危险性，开拓大巷不允许布置在煤层中。四陕西地区冲击地压防治对策2、冲击地压矿井监测对策对冲击地压进行监测，必须弄清其发生的能量来源。根据提出的冲击启动理论，冲击地压启动的能量来源就主要分为两类，即采动围岩远场系统外集中动载荷和近场系统内集中静载荷。冲击地压危险源的时空特征四陕西地区冲击地压防治对策2、冲击地压矿井监测对策冲击地压监测方法冲击地压监测方法集中动载荷监测微震监测地音监测集中静载荷监测钻屑法煤体应力四陕西地区冲击地压防治对策2、冲击地压矿井监测对策四陕西地区冲击地压防治对策2、冲击地压矿井监测对策集中动载荷监测方法微震监测法微震监测：划分危险区域，对监测区域危险性的中长期趋势做出判断，冲击地压属于微震范畴，该预测方法属于以震报震；四陕西地区冲击地压防治对策2、冲击地压矿井监测对策集中动载荷监测方法地音监测法地音监测：对即将发生的煤岩断裂事件（微震或冲击地压）进行监测和预报，预测间隔时间一般以班和小时（也可以以分钟）为单位，地音预测属于前兆信息预测，因此可实现对冲击地压的短期、临震预警。ARES地音监测系统：震声风险评估系统四陕西地区冲击地压防治对策2、冲击地压矿井监测对策集中静载荷监测方法钻屑法钻屑法：通过在煤层中打直径42-50mm的钻孔，根据排出的煤粉量及其变化规律和有关动力效应，鉴别冲击危险的一种方法。其理论基础是钻出煤粉量与煤体应力状态具有定量的关系，即其他条件相同的煤体，当应力状态不同时，其钻孔的煤粉量也不同。当单位长度的排粉率增大或超过标定值时，表示应力集中程度增加和冲击危险性提高。该方法可以对危险地点进行定点监测，取单孔不同深度时的煤粉量评价巷道侧向支承压力集中程度及峰值与变化。该方法操作简单方便，但受人为干扰性较大。四陕西地区冲击地压防治对策2、冲击地压矿井监测对策集中静载荷监测方法煤体应力法煤体应力法：监测的对象是煤体中的垂直应力。随着工作面的推进，采空区上方顶板岩层产生运动、垮落，整个采空区上覆岩层的自重应力转移至采空区周围，导致采空区周围（包括工作面前方）垂直应力升高，即支承压力分布范围及峰值将逐渐增大。通过在顺槽两帮煤体内布置多个测点进行监测，比较不同时刻每个测点的相对垂直应力的变化量，即应力梯度。通过这个应力变化量进行处理，从而形成具有统一标准的应力梯度等值线，比较应力梯度等值线的变化，即可判断冲击危险性和冲击危险区域。该方法可以实现在线监测，准确度较高，但对数据的分析也需要有一定的专业水平，但对于煤层硬度大的精确度不能适应现场应用。四陕西地区冲击地压防治对策2、冲击地压矿井监测对策集中静载荷监测方法煤体应力法四陕西地区冲击地压防治对策2、冲击地压矿井监测对策冲击地压监测对策总结采用微震监测系统来监测大范围高位坚硬厚岩层断裂所产生的动载荷；采用地音监测系统来监测小范围低位坚硬厚岩层断裂所产生的动载荷；采用煤体应力监测系统来监测采动围岩中产生的集中压缩弹性能；采用钻屑法在采动影响区域或构造影响区域进行煤体内所受应力状态的点监测。四陕西地区冲击地压防治对策2、冲击地压矿井监测对策冲击地压监测对策总结微震监测法和地音监测法在冲击地压监测具有互补性。国外发达国家如波兰、法国和美国等国家多使用“微震—地音—钻屑”的综合监测手段进行冲击地压监测；因此，做好冲击地压监测工作，需要根据各监测方法的监测机理和所监测冲击地压启动能量来源的分布范围，并结合矿井现有监测设备，确定综合预警技术的监测模式必须是多参量实时在线监测。四陕西地区冲击地压防治对策3、冲击地压矿井治理对策冲击地压防治体系区域防治合理开拓布置及开采方式区段煤柱与底煤的留设局部防治大直径钻孔卸压煤层爆破卸压顶板预裂处理冲击地压显现防护措施四陕西地区冲击地压防治对策3、冲击地压矿井治理对策合理的开拓布置和开采方式应避免应力集中和叠加，是防治冲击地压的根本性措施多数冲击地压是由于开采技术不合理而造成的盘区的采面应朝一个方向推进，避免相向开采，以免应力叠加有冲击危险的煤层的开拓或准备巷道、永久硐室、主要上(下)山、主要溜煤巷和回风巷应布置在底板岩层或无冲击危险煤层中，以利于维护和减小冲击危险合理的开拓布置和开采方式四陕西地区冲击地压防治对策3、冲击地压矿井治理对策在地质构造等特殊部位，应采取能避免或减缓应力集中和叠加的开采程序.在向斜和背斜构造区，应从轴部开始回采，在构造盆地应从盆底开始回采；在有断层和采空区的条件下应从采用断层或采空区开始回采的开采程序。顶板管理采用全部垮落法，工作面支架采用具有整体性和防护能力的可缩性支架。合理的开拓布置和开采方式四陕西地区冲击地压防治对策3、冲击地压矿井治理对策区段煤柱与底煤留设划分盘区时，应保证合理的开采顺序，最大限度地避免形成煤柱等应力集中区。对于原有的或者布置在弱冲击或无冲击危险的煤层大巷，要留有足够的大巷保护煤柱。采煤工作面间的区段煤柱尽量采用小煤柱工艺或者无煤柱工艺。在厚或者特厚煤层中布置巷道时，尽量沿底煤掘进，做到不留底煤，如遇特殊形况要留底煤时，要尽量少留底煤，最好不要超过2m。四陕西地区冲击地压防治对策3、冲击地压矿井治理对策大直径卸压钻孔采用煤体钻孔可以释放煤体中聚集的弹性能，消除应力升高区四陕西地区冲击地压防治对策3、冲击地压矿井治理对策四陕西地区冲击地压防治对策3、冲击地压矿井治理对策煤层爆破卸压四陕西地区冲击地压防治对策3、冲击地压矿井治理对策厚层坚硬顶板的预裂偏向工作面采空区方向65°施工顶板爆破孔，开展顶板爆破预裂工作。孔深40m，装药20kg，封孔长度为15m。四陕西地区冲击地压防治对策3、冲击地压矿井治理对策超前工作面坚硬岩层预处理防止工作面超前支承压力对工作面前方大巷的破坏，提前在停采线位置进行顶板爆破预裂，切断应力传递。四陕西地区冲击地压防治对策3、冲击地压矿井治理对策冲击地压显现防护措施针对矿井煤层冲击危险性实际，购置了高工作阻力、大流量卸载阀抗冲击液压支架，大大提高了工作面支护强度四陕西地区冲击地压防治对策3、冲击地压矿井治理对策让压环的存在可使锚杆有一个缓冲的空间，可有效防治锚杆过度载荷破断。冲击地压显现防护措施四陕西地区冲击地压防治对策3、冲击地压矿井治理对策掘进工作面停掘时，迎头吊挂防护网，防护网一端挂在前探梁前段焊接的钎子上，然后前移前探梁，防护网顶在迎头后，将防护网底端采用倒楔固定，每侧固定一道，锚入迎头深度不小于0.5m，确保固定牢固可靠。冲击地压显现防护措施四陕西地区冲击地压防治对策3、冲击地压矿井治理对策掘进迎头、回采工作面两顺槽煤壁向外150m范围禁止存放刚性材料，常用工具、当班使用的支护材料、应急材料可以放至迎头150m以内，但必须上架码放整齐，并将