冲击地压防治4

1、冲击地压预测预报技术冲击地压预测预报技术 天地科技股份有限公司开采设计事业部 （煤炭科学研究总院开采设计研究分院）国家冲击地压情报中心站TelEmail：，网址：http:/汇汇 报报 人：夏永学人：夏永学 副研究员副研究员“煤矿冲击地压科技万里行煤矿冲击地压科技万里行”系列活动系列活动 走进淄矿集团走进淄矿集团提提 纲纲一、概述一、概述二、冲击地压的可预测性二、冲击地压的可预测性三、开采前冲击危险性评价技术三、开采前冲击危险性评价技术四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术五、冲击地压预测预报方法与理论五、冲击地压预测预报方法与理论六、冲击地压

2、远程监控技术六、冲击地压远程监控技术. 一、概述一、概述& 国外冲击地压灾害现状国外冲击地压灾害现状 煤矿煤矿 非煤矿山非煤矿山国外大多数国家对冲击地压矿井采取关闭措施国外大多数国家对冲击地压矿井采取关闭措施. 一、概述一、概述冲击地压矿井数量：冲击地压矿井数量：142座座冲击地压矿井数量与采深成冲击地压矿井数量与采深成正比增加正比增加采深以每年采深以每年8-12m速度增加速度增加近近5年来冲击事故超过年来冲击事故超过200起起& 国内冲击地压灾害现状国内冲击地压灾害现状中国煤炭资源按深度分布的储量. 一、概述一、概述&冲击地压的危害之一：巨大的破坏力冲击地压的危害之一

3、：巨大的破坏力. 一、概述一、概述& 冲击地压的之二危害：巨大的人员伤亡冲击地压的之二危害：巨大的人员伤亡最 严 重 的 冲 击 地 压 事 故 ：最 严 重 的 冲 击 地 压 事 故 ： 1 9 6 01 9 6 0 年年 1 1 月月 2 02 0 日 ， 南 非日 ， 南 非CoalbrockNorthCoalbrockNorth煤矿煤矿, , 432432人死亡人死亡；20032003年年5 5月月1313日，芦岭煤矿，冲击地压诱发瓦斯爆炸，日，芦岭煤矿，冲击地压诱发瓦斯爆炸，8484人死亡；人死亡；20042004年年6 6月月6 6日，北京木城涧煤矿冲击地压，日，北京木城

4、涧煤矿冲击地压，1212人死亡人死亡；20042004年年9 9月月1212日，鹤岗峻德煤矿冲击地压，日，鹤岗峻德煤矿冲击地压，8 8人死亡人死亡；20052005年年2 2月月1414日，辽宁阜新孙家湾煤矿，冲击地压诱发的日，辽宁阜新孙家湾煤矿，冲击地压诱发的瓦斯突出，瓦斯突出，214214人死亡，人死亡，3030人受伤人受伤；20082008年年6 6月月5 5日，义煤集团千秋煤矿冲击地压，日，义煤集团千秋煤矿冲击地压，1313人死亡、人死亡、1111人受伤人受伤；20112011年年1111月月3 3日，义煤集团千秋煤矿冲击地压，日，义煤集团千秋煤矿冲击地压， 1010人死亡人死亡，64

5、64人受伤人受伤；20122012年年1111月月1717日，山东朝阳煤矿冲击地压，日，山东朝阳煤矿冲击地压，6 6人死亡人死亡；20132013年年1 1月月1212日，阜新矿业集团五龙煤矿冲击地压，日，阜新矿业集团五龙煤矿冲击地压，8 8人死人死亡亡；20132013年年3 3月月1515日，鹤岗峻德煤矿冲击地压，日，鹤岗峻德煤矿冲击地压，5 5人死亡人死亡；。德国的一次德国的一次 M ML L4.2 4.2 矿震震害矿震震害& 冲击地压的危害之三：对地表的影响冲击地压的危害之三：对地表的影响1994年5月19日，北京矿务局门头沟煤矿发生的ML4.2矿震，致使53185318间民间

6、民房房受损，直接经济损失受损，直接经济损失300300余万元余万元。北票台吉煤矿1977年4月28日发生的ML=4.3矿震，是迄今为止我国记录到的最大一次矿震，极震区2km2，烈度度，有有504504户户11641164间民间民房房受到不同程度破坏，地面受到不同程度破坏，地面上有上有1212人人受伤，台吉矿部分受伤，台吉矿部分工业建筑遭受不同程度破坏。工业建筑遭受不同程度破坏。. 一、概述一、概述预测预报无法指导工程实践，单纯依靠增加工程投资提高巷预测预报无法指导工程实践，单纯依靠增加工程投资提高巷道抗冲能力的防冲减灾思路并不现实；道抗冲能力的防冲减灾思路并不现实；只有准确作出预测预报，才能使

7、防治工作具有针对性，不但只有准确作出预测预报，才能使防治工作具有针对性，不但减小防冲成本，也提高了防治效果，可以大大减少人员伤亡和减小防冲成本，也提高了防治效果，可以大大减少人员伤亡和财产损失。财产损失。冲击冲击地压地压预测水平反映出一个国家的冲击地压研究工作水平预测水平反映出一个国家的冲击地压研究工作水平 。巨大的破坏性给预测预报提出了更高的要求巨大的破坏性给预测预报提出了更高的要求矿 工 钢 串 梁 五 根架棚中线 18 1800锚 杆 18 1800锚 杆 17.8 8000锚 索 22 2250锚 杆巷道支护成本巨大，千秋矿采用锚杆巷道支护成本巨大，千秋矿采用锚杆+ +锚索锚索+ +锚

8、网钢带锚网钢带+36U+36U型钢拱型可缩性支架型钢拱型可缩性支架+ +大立柱大立柱+ +防冲支架等复合支护体防冲支架等复合支护体系，支护成本在系，支护成本在3.53.5万元万元/m/m以上；以上；. 一、概述一、概述提提 纲纲一、概述一、概述二、冲击地压的可预测性二、冲击地压的可预测性三、开采前冲击危险性评价技术三、开采前冲击危险性评价技术四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术五、冲击地压预测预报方法与理论五、冲击地压预测预报方法与理论六、冲击地压远程监控技术六、冲击地压远程监控技术& 1 1、复杂性、复杂性所有煤种均发生过冲击地压；所有煤种均发生过冲击地压；采

9、深：从深到浅，采深：从深到浅，最浅最浅200m1400m1400m；地质条件：地质条件：从简单到复杂；从简单到复杂；煤层厚度：煤层厚度：薄、中厚、厚、特厚；薄、中厚、厚、特厚；倾角：倾角：近水平、缓水平、大倾角、急倾斜；近水平、缓水平、大倾角、急倾斜；顶板：顶板：砂岩、灰岩、砾岩、页岩等；砂岩、灰岩、砾岩、页岩等；采煤方法：采煤方法：水采、炮采、普采、综采；水采、炮采、普采、综采；采空区处理：采空区处理：长壁、短壁、房（柱）式。长壁、短壁、房（柱）式。. 二、冲击地压的可预测性二、冲击地压的可预测性冲击地压预测预报是一探索性很强的世界性科学难题冲击地压预测预报是一探索性很强的世界性科学难题原因

10、和机理很难弄清，异常复杂原因和机理很难弄清，异常复杂& 2 2、突发性、突发性过程及其短暂（持续几秒到十几秒）；过程及其短暂（持续几秒到十几秒）；没有明显的宏观前兆而突然发生，前兆信息难以捕捉，因而难以事没有明显的宏观前兆而突然发生，前兆信息难以捕捉，因而难以事先准确确定发生时间、地点和强度。先准确确定发生时间、地点和强度。& 3 3、影响因素与诱发因素的多样性、影响因素与诱发因素的多样性影响因素影响因素地质因素：开采深度、煤岩层性质（冲击倾向性、坚硬顶底板、厚度变化、地质因素：开采深度、煤岩层性质（冲击倾向性、坚硬顶底板、厚度变化、含水量含水量）、地质构造等；）、地质构造等；

11、开采因素：采煤方法、巷道布置、顶板管理方式、开采顺序、煤柱宽度、开采因素：采煤方法、巷道布置、顶板管理方式、开采顺序、煤柱宽度、开采速度、解危方式等；开采速度、解危方式等；管理因素：重视程度、劳动组织、规章制度等。管理因素：重视程度、劳动组织、规章制度等。诱发因素诱发因素煤柱失稳、顶板垮落、覆岩运动、断层活化、采掘扰动、巷道替棚、扩帮、煤柱失稳、顶板垮落、覆岩运动、断层活化、采掘扰动、巷道替棚、扩帮、回柱（移架）、爆破作业、天然地震等。回柱（移架）、爆破作业、天然地震等。. 二、冲击地压的可预测性二、冲击地压的可预测性& 4 4、力源、震源、显现位置的不一致性、力源、震源、显现位置的不

12、一致性力源：力源：大面积悬顶、煤柱应力、构造应力大面积悬顶、煤柱应力、构造应力震源：震源：高位覆岩、坚硬顶板、坚硬底板、煤柱、高位覆岩、坚硬顶板、坚硬底板、煤柱、断层断层显现位置：显现位置：巷道、工作面巷道、工作面不一致性掩盖了冲击不一致性掩盖了冲击地压发生的本质。地压发生的本质。& 5 5、人为制约因素、人为制约因素p理论研究基础薄弱理论研究基础薄弱p专业人员短缺专业人员短缺p资金困乏资金困乏. 二、冲击地压的可预测性二、冲击地压的可预测性&冲击地压与天然地震具有可比性冲击地压与天然地震具有可比性矿山地震与天然地震之间矿山地震与天然地震之间不存在系统性的差异不存在系统性的差异

13、，大多数天然地震，大多数天然地震机理也均可用于矿山地震；机理也均可用于矿山地震；矿震（冲击地压）矿震（冲击地压）研究的手段和方法研究的手段和方法大都源于天然地震。大都源于天然地震。地震的可预测性（陈运泰、吴忠良、地震的可预测性（陈运泰、吴忠良、sykessykes、mogikmogik等）：等）：地震具有地震具有可预测性可预测性；目前地震总体目前地震总体预测水平较低预测水平较低，特别是短期、临震预测与社会需求有较，特别是短期、临震预测与社会需求有较大差距；大差距；对地震预测预报持对地震预测预报持谨慎乐观态度谨慎乐观态度。& 地震的可预测性地震的可预测性. 二、冲击地压的可预测性二、冲击

14、地压的可预测性频发性频发性岩体破坏的可观测性岩体破坏的可观测性可入性可入性冲击地压预测预报的研究基础远优于天然地震冲击地压预测预报的研究基础远优于天然地震冲击地压冲击地压Text in hereText in here不可控性不可控性非频发性非频发性不可入性不可入性半可控性半可控性开采活动的可预知性开采活动的可预知性冲击地压具有可预测性，预测预报的前景是乐观的冲击地压具有可预测性，预测预报的前景是乐观的结论：结论：天然地震天然地震科拉超深钻：科拉超深钻：12263m12263m（1970-19941970-1994）. 二、冲击地压的可预测性二、冲击地压的可预测性&冲击地压的可预测性冲

15、击地压的可预测性冲击地压冲击地压提提 纲纲一、概述一、概述二、冲击地压的可预测性二、冲击地压的可预测性三、开采前冲击危险性评价技术三、开采前冲击危险性评价技术四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术五、冲击地压预测预报方法与理论五、冲击地压预测预报方法与理论六、冲击地压远程监控技术六、冲击地压远程监控技术冲击倾向性：冲击倾向性：是识别煤岩体发是识别煤岩体发生冲击破坏的能力、鉴定其是生冲击破坏的能力、鉴定其是否具有发生冲击地压危险性的否具有发生冲击地压危险性的固有力学性质（固有力学性质（GB/T 25217.1-2010、GB/T 25217.2-2010）。）。. 三、开采

16、前冲击危险性评价技术三、开采前冲击危险性评价技术E(kN)P(ms)TDCcPDT0CSPSEP(kN)P(mm)0 Asx AFEDC应力应变Q冲击能量指数冲击能量指数 KE = Es / Ex弹性能量指数弹性能量指数 WET = Esp / Est动态破坏时间动态破坏时间 Dt& 冲击倾向性实验室测定冲击倾向性实验室测定& 冲击危险性评价冲击危险性评价冲击危险性：冲击危险性：是指井下工作区域在具体生产、地质条件下有发生冲是指井下工作区域在具体生产、地质条件下有发生冲击地压的可能性。它根据煤层、岩层条件及生产、地质条件综合评击地压的可能性。它根据煤层、岩层条件及生产、地质条件

17、综合评估得到。估得到。冲击危险性评价方法：冲击危险性评价方法：经验类比法经验类比法数值模拟法数值模拟法综合指数法综合指数法地质动力区划法地质动力区划法数量化理论数量化理论动态权重法动态权重法. 三、开采前冲击危险性评价技术三、开采前冲击危险性评价技术& 冲击危险区域划分冲击危险区域划分危险区域划分结果危险区域划分结果冲击危险性高的区域冲击危险性高的区域应力集中区域应力集中区域孤岛、煤柱、停采线、停采区孤岛、煤柱、停采线、停采区非稳定区域非稳定区域-上层煤或解放层的停采线或边角上层煤或解放层的停采线或边角工作面初次来压和见方区域工作面初次来压和见方区域两层煤巷道间的煤柱及巷道交叉两层煤巷

18、道间的煤柱及巷道交叉断层带附近断层带附近褶皱背、向斜核部褶皱背、向斜核部接近采空区、煤柱、断层接近采空区、煤柱、断层目的：目的：监测、防治更有针对性；监测、防治更有针对性；降低防治成本，提高防治效果降低防治成本，提高防治效果. 三、开采前冲击危险性评价技术三、开采前冲击危险性评价技术提提 纲纲一、概述一、概述二、冲击地压的可预测性二、冲击地压的可预测性三、开采前冲击危险性评价技术三、开采前冲击危险性评价技术四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术五、冲击地压预测预报方法与理论五、冲击地压预测预报方法与理论六、冲击地压远程监控技术六、冲击地压远程监控技术矿井、采区矿井、采区工

19、作面、巷道、工作面、巷道、特定危险区特定危险区采动应力监测系统采动应力监测系统矿震监测系统矿震监测系统微震监测系统微震监测系统电磁辐射监测系统电磁辐射监测系统地音监测系统地音监测系统冲击地冲击地压监测压监测技术技术区域大范围区域大范围局部小范围局部小范围点范围点范围支架受力监测系统支架受力监测系统弹性波弹性波CTCT探测系统探测系统钻屑法钻屑法& 冲击地压监测手段冲击地压监测手段空间分类空间分类. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术综合分级预测综合分级预测长期预测长期预测中期预测中期预测短期预测短期预测用于采矿方法与开采顺序的用于采矿方法与开采顺序的修改等长期

20、性危险性冲击地修改等长期性危险性冲击地压防治措施的设计压防治措施的设计数值模拟数值模拟经验类比经验类比微震监测微震监测圈定矿区内具有潜在危险圈定矿区内具有潜在危险性的区域及评估其危险性性的区域及评估其危险性程度和变化趋势程度和变化趋势微震监测微震监测地音监测地音监测应力监测应力监测冲击地压发生的时间预测，冲击地压发生的时间预测，用于矿山安全预警，指导矿用于矿山安全预警，指导矿山相关部门采取解危措施以山相关部门采取解危措施以及撤离人员和设备及撤离人员和设备地音监测地音监测应力监测应力监测钻屑法监测钻屑法监测容易预测容易预测较难预测较难预测极难预测极难预测. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采

21、过程中冲击地压监测技术& 冲击地压监测手段冲击地压监测手段& 声波探测声波探测声波探测原理巷道超前探测地震波CT探测. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术& 巷道超前探测巷道超前探测- -声波探测技术之一声波探测技术之一巷道超前探测原理专用于专用于掘进巷道掘进巷道前方三维空间的工程前方三维空间的工程地质、落差大于地质、落差大于2m2m的断层、软弱破碎的断层、软弱破碎带、陷落柱等不良地质体的预测预报，带、陷落柱等不良地质体的预测预报，有效探测距离大于有效探测距离大于200m200m。. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术

22、巷道超前探测示意图优点：探测范围远，成本低优点：探测范围远，成本低缺点：非连续性探测，可靠性还有待缺点：非连续性探测，可靠性还有待提高提高& 巷道超前探测巷道超前探测- -声波探测技术之一声波探测技术之一超前探测系统设计方案超前探测系统设计方案偏移成像结果偏移成像结果异常提取界面异常提取界面. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术1落差大于落差大于1/31/3煤层厚度的断层或落差大于煤层厚度的断层或落差大于1m1m的断层的断层2陷落柱等构造影响的范围陷落柱等构造影响的范围3探测区内应力或瓦斯相对集中区等探测区内应力或瓦斯相对集中区等4解危效果检验解危效果检验&a

23、mp; 弹性波弹性波CTCT探测探测- -声波探测技术之二声波探测技术之二优点：一次探测范围大，成本低，结果可靠优点：一次探测范围大，成本低，结果可靠缺点：非连续性探测缺点：非连续性探测. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术 PASAT-M PASAT-M型便携式微震探测系统型便携式微震探测系统锚杆作为传导媒介耦合质量. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术波速梯度与冲击危险性的相关性波速梯度与冲击危险性的相关性 高波速梯度区高波速区P波速度与震源位置对照图（天山帕米尔结合带及其邻近地区）围岩波速结构围岩波速结构波速大小波速大小异常区临异常区临

24、巷距距波速梯度波速梯度. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术波速大小波速大小角度表征波速异常系数AC (Abnomal Cofficient)0ppc0ppVVACVVVp 测区内某点纵波波速值；Vp0 测区内纵波波速平均值；Vpc 煤岩体极限纵波波速值。波速梯度波速梯度角度表征波速梯度系数GC (Gradient Cofficient)PPP22( , )( , )( , )()()Vm nVx yGm nMaxdmxny速度场中的梯度GP为波速变化率最大的方向上的波速变化率。冲击危险性评价模型冲击危险性评价模型. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地

25、压监测技术煤岩层冲击危险性评价模型煤岩层冲击危险性评价模型0pppc0cpppVVGCaACbGCabVVG煤岩层冲击危险性指数煤岩层冲击危险区域等级划分C值越大，表明该处异常发生动力破坏的可能性越大。该模型C值最大为1，最小值则取决于实测数据。波速异常区域提取图波速异常区域提取图断层分布推断图断层分布推断图. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术案例分析之一：探测断层方位案例分析之一：探测断层方位5.15冲击事件冲击事件5月月13日危险评价结果（刚恢复生产）日危险评价结果（刚恢复生产）根据探测结果进行了危险等级和区域的确定，根据评价结果采用有针对性根据探测结果进行了危

26、险等级和区域的确定，根据评价结果采用有针对性的防治方法和对策的防治方法和对策5 5月月1414日和日和5 5月月1515日发生两起冲击地压，释放能量日发生两起冲击地压，释放能量4.584.58 * *10107 7J J 和和2.22.2* *10108 8J J，但由于提前采取了卸压和防范措施，未对生产造成影响但由于提前采取了卸压和防范措施，未对生产造成影响5.14冲击事件冲击事件. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术案例分析之二：危险区域划分案例分析之二：危险区域划分357911131517192123第一组第二组第三组试验炮药卷激发炮410风顺1爆破前爆破前爆破

27、后爆破后爆破孔深爆破孔深25m25m：部分高应力转移至浅部：部分高应力转移至浅部爆破孔深爆破孔深20m20m：浅部应力得到充分释放：浅部应力得到充分释放爆破孔深爆破孔深15m15m：爆破影响巷道支护区支护效果：爆破影响巷道支护区支护效果. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术案例分析之三：解危效果检验案例分析之三：解危效果检验& 微震监测微震监测- -声发射技术声发射技术监测原理监测原理ARAMISARAMIS微震系统微震系统优点：优点：监测范围大，具有精确的定位功能监测范围大，具有精确的定位功能缺陷：缺陷：投入大，对使用者要求较高投入大，对使用者要求较高. 四

28、、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术pniiiii0ii0VzzyyxxttwtzyxF1202020000)()()(,）（发生的时间、地点：发生的时间、地点：发生的强度：发生的强度：dSnUdtES(0大于6次方事件大于7次方事件生产期间的冲击危险性远大于检修生产期间的冲击危险性远大于检修期间期间危险区域的作业工作（解危、扩修危险区域的作业工作（解危、扩修等）应尽量安排在检修班进行等）应尽量安排在检修班进行. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术预测危险时期预测危险时期南翼煤层厚度大、断层落差大南翼煤层厚度大、断层落差大破坏性冲击地压主要发生在

29、南翼采区破坏性冲击地压主要发生在南翼采区上巷冲击危险性大于下巷上巷冲击危险性大于下巷冲击地压防治既要全面，又要有针对性（冲击地压防治既要全面，又要有针对性（以以南翼采区为主，更加侧重上巷南翼采区为主，更加侧重上巷）南翼采区北翼采区. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术评价危险区域评价危险区域地音活动反映煤岩损伤状态，与地音活动反映煤岩损伤状态，与受力情况密切相关受力情况密切相关0=E (1/) 优点：可实现时间和空间上的连续监测，优点：可实现时间和空间上的连续监测，可用于冲击地压短期预警。可用于冲击地压短期预警。缺点：投入大、对使用者要求高缺点：投入大、对使用者要求高

30、&地音监测技术地音监测技术. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术应用实例应用实例1 1某三水平北某三水平北1717层三四区一段层三四区一段. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术预警时间：3-4d预警时间：4-5h预警时间：3-4h预警时间：1-2d某矿某矿1411工作面工作面ARES-5EARES-5E地音预警地音预警效果效果应用实例应用实例2预报冲击地压预报冲击地压预报矿压显现预报矿压显现预报冲击地压预报冲击地压预报冲击地压预报冲击地压地音等级大多在冲击地压或顶板断裂地音等级大多在冲击地压或顶板断裂之前就产生变化，其前兆信息超前时之

31、前就产生变化，其前兆信息超前时间从几小时到数天不等，因此可保证间从几小时到数天不等，因此可保证现场有足够时间采取安全措施。现场有足够时间采取安全措施。. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术& 应力监测应力监测实测应力云图优点：能直接监测应力大小，可实时连优点：能直接监测应力大小，可实时连续监测、可视化、易于分析续监测、可视化、易于分析缺点：属于点监测，不能获得绝对应力缺点：属于点监测，不能获得绝对应力大小，应力计安装质量对监测效果影响大小，应力计安装质量对监测效果影响大，只能监测垂直应力，不适用构造型大，只能监测垂直应力，不适用构造型冲击地压预测冲击地压预测.

32、 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术KBD7KBD5& 电磁辐射监测电磁辐射监测优点：操作简单，投入较低优点：操作简单，投入较低缺点：电磁干扰比较严重缺点：电磁干扰比较严重. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术& 支架受力监测支架受力监测KJ21KJ21支架压力在线监测系统结构支架压力在线监测系统结构支架压力与冲击地压发生的关系支架压力与冲击地压发生的关系工作面冲击后工作面冲击后优点：操作简单，投入较低优点：操作简单，投入较低缺点：只适用于坚硬顶板条件下的工作面缺点：只适用于坚硬顶板条件下的工作面冲击地压监测预报冲击地压监测预

33、报. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术& 钻屑法监测钻屑法监测钻孔深度钻孔深度/ /采高采高1.53 33 3煤粉量指数煤粉量指数1.51.52 23 34 4钻屑法是通过在煤层中打直径钻屑法是通过在煤层中打直径4250mm4250mm的钻孔，的钻孔，根据排出的根据排出的煤粉量及其变化规律煤粉量及其变化规律和有关和有关动力动力效应效应，鉴别冲击危险的一种方法。，鉴别冲击危险的一种方法。作为冲击危险性进一步确认和解危效果检验的作为冲击危险性进一步确认和解危效果检验的辅助手段。辅助手段。优点：投入少，技术简单优点：投入少，技术简单缺点：时空不连

34、续、工作量大，人为影响很大缺点：时空不连续、工作量大，人为影响很大. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术& 冲击地压综合监测预警技术冲击地压综合监测预警技术各种监测手段都具有各自的优缺点、使用条件和范围；各种监测手段都具有各自的优缺点、使用条件和范围；孕育和发生过程都异常复杂，对冲击地压的预测预报往往需要运用多学孕育和发生过程都异常复杂，对冲击地压的预测预报往往需要运用多学科，多种观测方法科，多种观测方法，对数据的联合分析和处理；，对数据的联合分析和处理；需要各种监测手段的合理搭配和组合。需要各种监测手段的合理搭配和组合。波兰、南非等国：波兰、南非等国：所有冲

35、击地压矿井都采用微震所有冲击地压矿井都采用微震+ +地音地音+ +钻屑法的联合监测方式钻屑法的联合监测方式我国：我国：监测手段远远多于其它国家，但各种手段的关联性研究不够，数据之间监测手段远远多于其它国家，但各种手段的关联性研究不够，数据之间的综合分析还很欠缺的综合分析还很欠缺. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术岩岩 石石外力外力接收接收（声信号）（声信号）岩石力学状态与性质岩石力学状态与性质声发射实验声发射实验地音（地音（AEAE）：高频、低能）：高频、低能 微震（微震（MSMS）：低频、高能）：低频、高能岩石受力破坏的不同岩石受力破坏的不同阶段会产生不同强度阶段

36、会产生不同强度和不同频率的震动和不同频率的震动AEAEMSMS地音地音微破裂微破裂孕育阶段孕育阶段微震微震宏观破坏宏观破坏启动阶段启动阶段量变阶段量变阶段质变阶段质变阶段AEAE应力曲线应力曲线MSMS应力应力地音地音微震三者关系微震三者关系震声风险评估系统震声风险评估系统事件记录及定位系统事件记录及定位系统. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术& 冲击地压综合监测预警技术冲击地压综合监测预警技术微震监测：划分危险区域，对监测区域危险性的微震监测：划分危险区域，对监测区域危险性的中长期趋势中长期趋势做出判断（属于做出判断（属于中长期危险中长期危险预测手段预测手

37、段，至少以天为单位），至少以天为单位），冲击地压属于微震范畴，该预测方法属于以震报震（统冲击地压属于微震范畴，该预测方法属于以震报震（统计预报）计预报）；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，预测间隔时间以班和小时（也可以以分钟）为单位，可实现对冲击地压的时间以班和小时（也可以以分钟）为单位，可实现对冲击地压的短期、临震预警（前兆短期、临震预警（前兆预报）预报）；钻屑法：在微震和地音预测基础上，作为危险性进一步确认的手段。钻屑法：在微震和地音预测基础上，作为危险性进一步确认的手段。地音、微

38、震、冲击地压三者之间关系地音、微震、冲击地压三者之间关系微震微震+ +地音地音+ +钻屑法相结合（波兰）钻屑法相结合（波兰）地音是煤岩破裂的量变阶段（预报的关键时期）地音是煤岩破裂的量变阶段（预报的关键时期）微震是煤岩破裂的质变阶段微震是煤岩破裂的质变阶段冲击地压属于微震范畴，是具有破坏性显现的高能微震事件冲击地压属于微震范畴，是具有破坏性显现的高能微震事件. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术优点一：空间互补优点一：空间互补可以实现区域大范围远场监测与关键区域精细化监可以实现区域大范围远场监测与关键区域精细化监测的有效统一，在空间上达到了优势互补。测的有效统一，在空

39、间上达到了优势互补。地音监测区域微震监测区域. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术优点二：时间互补优点二：时间互补可以监测煤岩体从能量聚集到最终释放的整个过程，可以监测煤岩体从能量聚集到最终释放的整个过程，使长期危险趋势预测与短期临震预警相结合。达到使长期危险趋势预测与短期临震预警相结合。达到对冲击地压从孕育到启动再到冲击破坏的全程监测，对冲击地压从孕育到启动再到冲击破坏的全程监测，有利于对冲击地压孕育初始阶段的有效控制，以避有利于对冲击地压孕育初始阶段的有效控制，以避免冲击地压的形成。免冲击地压的形成。. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术

40、优点三：震动信息互补优点三：震动信息互补单独采用微震或地音系统，都会造成部分信息的丢失，采单独采用微震或地音系统，都会造成部分信息的丢失，采用微震和地音相结合的措施，可以达到对煤岩破裂过程中用微震和地音相结合的措施，可以达到对煤岩破裂过程中高频信号和低频信号的有效补充，使监测信息更为丰富和高频信号和低频信号的有效补充，使监测信息更为丰富和完整，从而实现对整个频率范围的完整监测。完整，从而实现对整个频率范围的完整监测。. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术新汶华丰煤矿新汶华丰煤矿高采动应力叠加：下层遗留煤柱高采动应力叠加：下层遗留煤柱d级级c级级b级级a级级. 四、开采

41、过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术赤峰古山煤矿赤峰古山煤矿高采动应力叠加：上采空区边界高采动应力叠加：上采空区边界. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术彬长胡家河煤矿彬长胡家河煤矿断层活化断层活化. 四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术提提 纲纲一、概述一、概述二、冲击地压的可预测性二、冲击地压的可预测性三、开采前冲击危险性评价技术三、开采前冲击危险性评价技术四、开采过程中冲击地压监测技术四、开采过程中冲击地压监测技术五、冲击地压预测预报方法与理论五、冲击地压预测预报方法与理论六、冲击地压远程监控技术六、冲击地压远程监控技术冲

42、击地压概率预测理论冲击地压概率预测理论冲击地压前兆特征识别（以地音为例）冲击地压前兆特征识别（以地音为例）冲击危险评价指标的选择及预警值的确定冲击危险评价指标的选择及预警值的确定预测预报效能检验技术预测预报效能检验技术.五、冲击地压概率预测理论与方法五、冲击地压概率预测理论与方法&四个科学问题四个科学问题确定性预测：确定性预测：必须对研究对象的运动规律及形成机理有足够的认识，能建立起运动学或动力必须对研究对象的运动规律及形成机理有足够的认识，能建立起运动学或动力学方程，并且能获得解方程所必须的边界条件和初始条件。（日蚀、月食）学方程，并且能获得解方程所必须的边界条件和初始条件。（日蚀、

43、月食）采用确定性方法把不同的可能性归结为简单的采用确定性方法把不同的可能性归结为简单的“有有”和和“无无”, , 将会造成很大将会造成很大的的盲目性和被动性盲目性和被动性。概率性预测：概率性预测：一时还无法弄清研究对象成因规律的情况下使用。一时还无法弄清研究对象成因规律的情况下使用。概率预测在给出冲击概率的同时也就给出了不发生冲击地压的可能性，因而较概率预测在给出冲击概率的同时也就给出了不发生冲击地压的可能性，因而较好的协调和表达好的协调和表达冲击地压潜在的不可预知性冲击地压潜在的不可预知性，便于使用者根据不同的警报水平采取，便于使用者根据不同的警报水平采取不同的预防措施，从而提高冲击地压预测

44、的客观性和准确性。不同的预防措施，从而提高冲击地压预测的客观性和准确性。& 冲击地压的预测方法冲击地压的预测方法.五、冲击地压预测理论与方法五、冲击地压预测理论与方法冲击地压应采用概率性预测冲击地压应采用概率性预测帕克菲尔德试验场的地震反应决策流程图帕克菲尔德试验场的地震反应决策流程图危险等级危险等级A A、B B、C C、D D对应对应7272小时内发小时内发震概率分别超过震概率分别超过37%37%，11%11%，2.8%2.8%，0.68%0.68%；根据不同的危险等级采取不同的应对根据不同的危险等级采取不同的应对策略；策略；预测者预测者认真地、负责地给出地震发生认真地、负责地给出

45、地震发生的概率值的概率值，采用何种反应决策由使用者，采用何种反应决策由使用者决定。决定。.五、冲击地压预测理论与方法五、冲击地压预测理论与方法冲击地压前兆信息识别是冲击地压预测预报的前提冲击地压前兆信息识别是冲击地压预测预报的前提重要性：重要性：冲击地压预测预报的关键在于获得有效的前兆信息并识别其物冲击地压预测预报的关键在于获得有效的前兆信息并识别其物理机制和规律，而对前兆异常认识的不断深入是提高冲击地压预测预报水理机制和规律，而对前兆异常认识的不断深入是提高冲击地压预测预报水平的关键所在。平的关键所在。判别某一观测异常是否属于的前兆异常，可以从两个方面考虑：判别某一观测异常是否属于的前兆异常

46、，可以从两个方面考虑：其一，该异常信息是否与冲击地压机理直接或间接相关，是否能为冲击地压其一，该异常信息是否与冲击地压机理直接或间接相关，是否能为冲击地压预测预报提供依据；预测预报提供依据；其二，该异常信息能否反映煤岩体的状态及其发展趋势，如应力、能量、破其二，该异常信息能否反映煤岩体的状态及其发展趋势，如应力、能量、破坏等，其变化规律能否说明煤岩活动规律以及能否利用相应的理论进行解释。坏等，其变化规律能否说明煤岩活动规律以及能否利用相应的理论进行解释。.冲击地压前兆信息识别冲击地压前兆信息识别顶板断裂引发冲击地压前兆信息识别顶板断裂引发冲击地压前兆信息识别MS.冲击地压前兆信息识别冲击地压前

47、兆信息识别突变型地音活动模式突变型地音活动模式采动高应力冲击地压前兆特征采动高应力冲击地压前兆特征MS采动高应力：采动应力采动高应力：采动应力+背景应力背景应力.冲击地压前兆信息识别冲击地压前兆信息识别持续稳定型地音活动模式持续稳定型地音活动模式断层活化引发冲击地压前兆特征断层活化引发冲击地压前兆特征波动型地音活动模式波动型地音活动模式.冲击地压前兆信息识别冲击地压前兆信息识别结论结论 不同冲击启动类型不同冲击启动类型具有不同具有不同的前兆地音活动特征的前兆地音活动特征：突变型突变型地音模式地音模式适合于用来预测顶板断裂型冲击地压，且具有较好适合于用来预测顶板断裂型冲击地压，且具有较好的灵敏性

48、；的灵敏性；持续稳定型持续稳定型则一般不会出现非稳定的突变状态，则一般不会出现非稳定的突变状态，适合采动高应力引发的冲击地压预测；适合采动高应力引发的冲击地压预测；波动型地音模式波动型地音模式包含包含类似主震类似主震-余震型和前震余震型和前震-主震型两种，适合于断层活化型冲击主震型两种，适合于断层活化型冲击地压预测。地压预测。根据监测区域的冲击地压启动类型进行危险前兆信息的识根据监测区域的冲击地压启动类型进行危险前兆信息的识别有助于降低误报，别有助于降低误报，可大大提高可大大提高冲击地压预测预报水平。冲击地压预测预报水平。.冲击地压前兆信息识别冲击地压前兆信息识别预测冲击地压与天然地震有许多类

49、似之处，但也有很大不同预测冲击地压与天然地震有许多类似之处，但也有很大不同冲击地压定量化预测还须要借助地震研究领域的丰硕成果：冲击地压定量化预测还须要借助地震研究领域的丰硕成果：（1 1）矿山地震与天然地震之间不存在系统性的差异，大多数天然地震）矿山地震与天然地震之间不存在系统性的差异，大多数天然地震机理也均可用于矿山地震；机理也均可用于矿山地震；（2 2）矿震（冲击地压）研究的手段和方法大都源于天然地震。）矿震（冲击地压）研究的手段和方法大都源于天然地震。冲击地压定量化预测又不能完全等同于地震预测：冲击地压定量化预测又不能完全等同于地震预测：（1 1）地震活动过程主要受到岩体本身性质和周围相

50、对较稳定的力场所）地震活动过程主要受到岩体本身性质和周围相对较稳定的力场所决定的，具有较好的决定的，具有较好的连续性和规律性连续性和规律性；（2 2）矿山地震活动除了受到岩体变形和应力重新分布过程的作用之外，）矿山地震活动除了受到岩体变形和应力重新分布过程的作用之外，还还直接受到采掘活动的强烈影响直接受到采掘活动的强烈影响，这种影响常扰乱或打断了岩体正常变形，这种影响常扰乱或打断了岩体正常变形破坏过程，从而破坏过程，从而改变了原来环境下地震活动的正常发育过程改变了原来环境下地震活动的正常发育过程。.冲击地压预测预报指标确定冲击地压预测预报指标确定可以从两个方面入手：可以从两个方面入手：借助地震

51、学领域研究的丰硕成果，采用能定量描述岩体应借助地震学领域研究的丰硕成果，采用能定量描述岩体应力变化和危险趋势的地震学参数：力变化和危险趋势的地震学参数：（1 1）明确的物理意义）明确的物理意义（2 2）有应用价值）有应用价值（3 3）较高的灵敏性）较高的灵敏性探寻采矿活动对冲击地压的影响关系，建立能紧密体现矿探寻采矿活动对冲击地压的影响关系，建立能紧密体现矿山微震活动与开采响应关系的指标。山微震活动与开采响应关系的指标。冲击地压预测预报指标的选择冲击地压预测预报指标的选择.冲击地压预测预报指标确定冲击地压预测预报指标确定地震领域指标应用实例地震领域指标应用实例1b b值值: :反应评价区域的整

52、体应力水平反应评价区域的整体应力水平mimiiimimimiiiiiMMmNMmNMb1212111)(lglg最小二乘法最小二乘法极大似然法极大似然法05. 0)(4343. 001MMMMNbNii，低低b b值预示有冲击危险值预示有冲击危险危险等级危险等级取值范围取值范围a0.7b0.610.7c0.510.61d0.51千秋矿千秋矿2114121141工作面工作面b b值评价危险表值评价危险表“G-RG-R”关系关系.冲击地压预测预报指标确定冲击地压预测预报指标确定MmMm值值: :即即 “ “缺震缺震”，反应评价区域能量，反应评价区域能量释放的不均匀性释放的不均匀性, ,意味着将要发

53、生缺失震意味着将要发生缺失震级的微震活动趋势。级的微震活动趋势。高高MmMm值预示有冲击危险值预示有冲击危险危险等级危险等级取值范围取值范围a4.03千秋矿千秋矿2114121141工作面工作面MmMm值评价危险表值评价危险表mimiiimimimiiiiiimimiiimimimiiiiiimMMmNMmNMMMMmNMmNMNM12121111212111)(lglg)(lglglg.冲击地压预测预报指标确定冲击地压预测预报指标确定地震领域指标应用实例地震领域指标应用实例2开采响应关系的指标开采响应关系的指标1 1-巷道扩修对冲击地压的影响巷道扩修对冲击地压的影响巷道扩修大大增加了冲击地压

54、发生概率巷道扩修大大增加了冲击地压发生概率千秋煤矿：千秋煤矿：21141下巷扩修下巷扩修（工作面停产）（工作面停产）的的3个多月个多月里里发生发生7次方冲击事件次方冲击事件30次次，而，而此后此后正常生产正常生产期间的期间的13个月里个月里（无扩修）（无扩修），仅发生，仅发生9次次。龙家堡煤矿：龙家堡煤矿：60%以上以上冲击地压均与巷道扩修有关。冲击地压均与巷道扩修有关。危险等级危险等级取值范围取值范围a无扩修活动无扩修活动b采动影响范围外扩修（采动影响范围外扩修（300m）c采动弱影响范围内扩修（采动弱影响范围内扩修（150-300m）d采动强影响范围内扩修（采动强影响范围内扩修（100m）

55、回风巷扩修回风巷扩修.冲击地压预测预报指标确定冲击地压预测预报指标确定307工作面410工作面开采速度与危险性基本成正相开采速度与危险性基本成正相关关系关关系工作面应尽量保持均匀慢速推工作面应尽量保持均匀慢速推进进，日推进速度控制在，日推进速度控制在3m3m以内以内尽量避免长时间停产尽量避免长时间停产回采速度对冲击地压的影响回采速度对冲击地压的影响开采响应关系的指标开采响应关系的指标2 2-开采强度对冲击地压的影响开采强度对冲击地压的影响工作面同采对冲击地压工作面同采对冲击地压的影响的影响降低相互扰动；降低相互扰动；加大工作面长度，确保单个加大工作面长度，确保单个回采面满足矿井产量要求。回采面

56、满足矿井产量要求。.冲击地压预测预报指标确定冲击地压预测预报指标确定微震评价指标指标微震评价指标指标1010个地震活动性指标：个地震活动性指标： b b值、值、值、值、P(b)P(b)值、值、ACAC值、值、Z-MapZ-Map值、值、MmMm值、值、A(b)A(b)值、值、MfMf值、值、S S值、值、F F值值6 6个反映开采活动对冲击地压响应的指标：个反映开采活动对冲击地压响应的指标： 反映开采区域环境变化的指标：反映开采区域环境变化的指标：A AEkEk值、值、A ANkNk值值反映开采强度指标：反映开采强度指标：E EL L值值反映工作面开采强度变化的指标：反映工作面开采强度变化的指

57、标：K KN N值、值、K KE E值值反映解危措施实施效果的指标：反映解危措施实施效果的指标：E Eb b值值.冲击地压预测预报指标确定冲击地压预测预报指标确定地音评价指标地音评价指标地音异常往往预示冲击危险性的增加：地音异常往往预示冲击危险性的增加：异常平静或异常强烈。异常平静或异常强烈。%100*%100*kazeazwazwazwNNN%100*E%100*EkezwezwezwezwiE10iN)10(ipazwNiN10E)10(ipezwEiiE能量异常系数能量异常系数频次异常系数频次异常系数.冲击地压预测预报指标确定冲击地压预测预报指标确定综合预警值的确定综合预警值的确定计算各

58、指标权重：计算各指标权重：指标值得归一化处理：指标值得归一化处理：综合评价指标：综合评价指标：关键关键: :各指标权重的确定各指标权重的确定（并非完全必要）（并非完全必要）nii 21)/()(minmaxmaxiiiii)/()(1minmaxmaxiiiii当低值危险时当低值危险时当当高高值危险时值危险时niiii1预警级别预警级别危险等级危险等级取值范围取值范围备注备注a a00，0.5)0.5)开掘正常进行开掘正常进行b b0.50.5，1.0)1.0)加强监测加强监测c c1.01.0，2.0)2.0)作出预报，采取解危措施作出预报，采取解危措施d d2.02.0作出预报作出预报，采

59、取，采取解危解危措施，必要时撤离人措施，必要时撤离人员员.冲击地压预测预报指标确定冲击地压预测预报指标确定必须考虑以下五个因素：必须考虑以下五个因素：（1 1）不同的）不同的预报时间预报时间的影响：预测一天内和一个月内发生，报准率差别很大；的影响：预测一天内和一个月内发生，报准率差别很大；（2 2）不同的）不同的预测范围预测范围的影响：整个矿井和某一具体位置，报准率差别很大；的影响：整个矿井和某一具体位置，报准率差别很大；（3 3）不同的）不同的预测强度预测强度的影响：预测能量为的影响：预测能量为5 5次方的事件和次方的事件和7 7次方的事件，报准率差别次方的事件，报准率差别很大；很大；（4

60、4）不同的）不同的背景概率背景概率的影响：的影响：若背景概率为若背景概率为30%30%，此时，此时50%50%的发震概率虽高，却也无的发震概率虽高，却也无预报意义预报意义，相反，相反，若背景概率为若背景概率为0.01%0.01%，那么即使只有那么即使只有10%10%的发震概率的发震概率也具有预报意义。也具有预报意义。（5 5）不同）不同预测时间间隔预测时间间隔的影响：若每天都进行预测预报，报准率为的影响：若每天都进行预测预报，报准率为100%100%，实际上失，实际上失去了预测意义，必须考虑虚报和漏报的影响。去了预测意义，必须考虑虚报和漏报的影响。预测效能检验是不断改善预测方法和指标的关键预测效能检验是不断改善预测方法和指标的关键.冲击地压预报效能检验技术冲击地压预报效能检验技术以往冲击地压预报效能检验都停留在个别成功的案例上，不够全面以往冲击地压预报效能检验都停留在个别成功的案例上，不够全面R值评分法：充分考虑了虚报、