顶板灾害预警与防治技术

1、天地科技股份有限公司开采设计事业部采矿所天地科技股份有限公司开采设计事业部采矿所煤炭科学研究总院开采设计分院采矿所煤炭科学研究总院开采设计分院采矿所2013年年5月月毛德兵毛德兵 “十一五十一五”期间全国煤矿事故按类别统计表期间全国煤矿事故按类别统计表事故类事故类别别2006年年2007年年2008年年2009年年2010年年事故事故起数起数死亡死亡人数人数事故事故起数起数死亡死亡人数人数事故事故起数起数死亡死亡人数人数事故事故起数起数死亡死亡人数人数事故事故起数起数死亡死亡人数人数顶板顶板16331902 1299 1518 1032 1222805939702829瓦斯瓦斯32713192

2、721084182778157755145623机电机电9493908610610997977178运输运输467517409453348400285319246281放炮放炮78906977395545753437水害水害10041763255592634716638224火灾火灾72610721111143112168其它其它239382209241177277176249155193合计合计29454746 2421 3786 1954 3215 1616 2631 1403 2433事故类别事故类别事故起数事故起数死亡人数死亡人数顶板顶板567665瓦斯瓦斯119533机电机电5757

3、运输运输239279放炮放炮3235水害水害44192火灾火灾434其它其它139178合计合计1201197320112011年全国煤矿事故统计表年全国煤矿事故统计表20112011年各类事故起数所占比例年各类事故起数所占比例20112011年各类事故死亡人数所占比例年各类事故死亡人数所占比例4 4起，起，28.6%28.6%1212人，人，24.0%24.0%6 6起，起，42.9%42.9%2323人，人，46.0%46.0%2 2起，起，14.3%14.3%8 8人，人，16.0%16.0%2 2起，起，14.3%14.3%7 7人，人，14.0%14.0%20112011年较大顶板事

4、故按发生地点统计年较大顶板事故按发生地点统计序序号号矿名、工作面名称矿名、工作面名称支架工作阻力支架工作阻力/kN压架情况压架情况1华能扎赉诺尔铁北矿、灵泉矿华能扎赉诺尔铁北矿、灵泉矿8000多次压架多次压架2神东集团榆家梁矿神东集团榆家梁矿10600多次压架多次压架3同煤塔山矿同煤塔山矿8102、8103综放面综放面13000频繁压架频繁压架4伊泰纳林庙一号井伊泰纳林庙一号井/酸刺沟矿酸刺沟矿6800/15000多次压架多次压架5新汶龙固煤矿新汶龙固煤矿1301综放面综放面11000多次压架多次压架6皖北煤电祁东煤矿皖北煤电祁东煤矿6130，7130工作面，采高工作面，采高2.6m。4400

5、多次频繁多次频繁压架压架近年来发生的压架事故近年来发生的压架事故传统观念认为顶板事故主要发生在支护不合格的地方传统观念认为顶板事故主要发生在支护不合格的地方中小煤，近年来，随着煤矿开采装备水平的提高，支中小煤，近年来，随着煤矿开采装备水平的提高，支架支护阻力显著提高，部分煤矿支架工作阻力超过架支护阻力显著提高，部分煤矿支架工作阻力超过15000KN，国有大型煤矿依然频繁发生压架事故。实，国有大型煤矿依然频繁发生压架事故。实践证明，顶板事故的发生呈现新特点，不仅要开展科践证明，顶板事故的发生呈现新特点，不仅要开展科学系统的矿压理论研究，更要加强监测与管理。学系统的矿压理论研究，更要加强监测与管理

6、。顶板事故形势严峻，呈现新特点顶板事故形势严峻，呈现新特点 支架低头压死状态支架低头压死状态支架前端台阶下沉冒顶情况支架前端台阶下沉冒顶情况巷道冒顶巷道冒顶冲击地压冲击地压支架立柱穿入顶梁支架立柱穿入顶梁 u采煤方法（房柱式、炮采、普采、综采，大采高综采、综采煤方法（房柱式、炮采、普采、综采，大采高综采、综放开采、分层开采）放开采、分层开采）u装备水平（采掘面机械化程度、支护方式及强度）装备水平（采掘面机械化程度、支护方式及强度）u采掘工作面布置（应力集中）采掘工作面布置（应力集中）u操作、管理水平操作、管理水平 19812004年国有重点煤矿采煤机械化程度与百万吨死亡率间关系年国有重点煤矿采

7、煤机械化程度与百万吨死亡率间关系（摘自（摘自中国工程院咨询项目中国工程院咨询项目“煤矿灾害防治的技术与对策煤矿灾害防治的技术与对策”） 了解对象了解对象优化设计优化设计监测预警监测预警及时治理及时治理 巷道超前构造探测巷道超前构造探测(MSP)KDZ1114-6B30MPTMPTMPTMWP回采面超前探测结果回采面超前探测结果图1 纵波波速CT反演切片图（单位m/ms） ；针对顶板危险性评价结果，对危险区域制订针对顶板危险性评价结果，对危险区域制订顶板灾害监测方案和防治预案。顶板灾害监测方案和防治预案。采用最新开发的采用最新开发的KJ21顶板灾害监测预警系统对危顶板灾害监测预警系统对危险区域进

8、行在线实时监测险区域进行在线实时监测。建立建立“顶板灾害监测预警平台顶板灾害监测预警平台”，建立统一数据中，建立统一数据中心和展示平台心和展示平台，消除信息壁垒和信息孤岛，实现顶消除信息壁垒和信息孤岛，实现顶板灾害监测信息的互联、互享、互动。板灾害监测信息的互联、互享、互动。 检修支架供液系统、提高初撑力、提高支护效率；加检修支架供液系统、提高初撑力、提高支护效率；加强推进速度、降低矿压显现强度；及时、擦顶移架，改强推进速度、降低矿压显现强度；及时、擦顶移架，改善回采工艺等；善回采工艺等；坚硬顶板处理、破碎顶板加固、个体防护（如冲击地坚硬顶板处理、破碎顶板加固、个体防护（如冲击地压、大倾角压、

9、大倾角-急倾斜工作面防飞石伤人）、卸压解危（大急倾斜工作面防飞石伤人）、卸压解危（大面积顶板来压、冲击地压）、加强巷道支护。面积顶板来压、冲击地压）、加强巷道支护。炮 孔支 架AA运输顺槽回风顺槽ABCD1D2D3D8D9F回 风 顺 槽运 输 顺 槽D5D6D7D4E运输顺槽回风顺槽A炮 孔ABCDABC运 输 顺 槽回 风 顺 槽坚硬顶板弱化处理支架工作阻力曲线支架工作阻力曲线心电图曲线心电图曲线工作面推进速度工作面推进速度初撑力合格率初撑力合格率来压步距及强度来压步距及强度立柱窜液或损坏立柱窜液或损坏安全阀开启率安全阀开启率支架支撑效率支架支撑效率。加强监测预警是顶板灾害防治的重中之重。

10、加强监测预警是顶板灾害防治的重中之重。普通矿压监测系统普通矿压监测系统微震监测系统微震监测系统地音监测系统地音监测系统KJ21顶板与冲击地压监测系统及预警顶板与冲击地压监测系统及预警平台平台u国内普通矿压监测系统存在的问题国内普通矿压监测系统存在的问题 矿井顶板灾害的发生具有瞬间性，目前国内矿井顶板灾害的发生具有瞬间性，目前国内矿压监测系统循检时间一般为矿压监测系统循检时间一般为530min，无法，无法全部捕捉到准确的灾害先兆信息，不是严格意全部捕捉到准确的灾害先兆信息，不是严格意义上的顶板灾害监测系统。义上的顶板灾害监测系统。 采矿所开发了以采矿所开发了以KJ21顶板与冲击地压监测系统为核心

11、顶板与冲击地压监测系统为核心的的“顶板灾害监测预警系统及预警平台顶板灾害监测预警系统及预警平台” 。 2012年采年采矿所主持完成的矿所主持完成的“矿井顶板灾害监测系统研究与应用矿井顶板灾害监测系统研究与应用”项目获中国煤炭工业科技进步二等奖；项目获中国煤炭工业科技进步二等奖； 2013年年3月，我所完成的月，我所完成的“基于无线传感网络的高可靠基于无线传感网络的高可靠性顶板灾害监测系统性顶板灾害监测系统”被专家鉴定为被专家鉴定为“国际领先水平国际领先水平”。uKJ21顶板与冲击地压监测系统简介顶板与冲击地压监测系统简介工作面支架阻力监测工作面支架阻力监测支架状态监测支架状态监测巷道离层监测巷

12、道离层监测煤岩应力监测煤岩应力监测巷道锚杆锚索受力监测巷道锚杆锚索受力监测巷道变形监测巷道变形监测视频监测视频监测光纤环网光纤环网无线通讯系统无线通讯系统uKJ21系统硬件架构系统硬件架构特色一：首创智能型压力数据采集特色一：首创智能型压力数据采集模式，最短采集间隔达秒级。模式，最短采集间隔达秒级。初撑力点移架时长58s记录点两种采样模式实施效果对比曲线两种采样模式实施效果对比曲线定时采集曲线智能采集曲线2012年年3月月20日监测数据日监测数据特色二：提出回采面顶板灾害预警指标及智能分析算法特色二：提出回采面顶板灾害预警指标及智能分析算法初撑力合格率，来压步距，安全阀开启率、不保压率。初撑力

13、合格率，来压步距，安全阀开启率、不保压率。危险区域监测断面危险区域监测断面围岩稳定性评价结果围岩稳定性评价结果离层离层特色三：提出巷道顶板灾害预警指标特色三：提出巷道顶板灾害预警指标围岩变形量及变形速度，离层量及离层速度，锚杆及锚索受力围岩变形量及变形速度，离层量及离层速度，锚杆及锚索受力增长速度。增长速度。特色四：建立了顶板灾害监测预警平台特色四：建立了顶板灾害监测预警平台以以“智能化采集模式智能化采集模式”及及“矿压数据智能分析模型矿压数据智能分析模型”为基础，将矿压理论与实践研究成果与信息技术相结合，为基础，将矿压理论与实践研究成果与信息技术相结合，提出顶板灾害监测预警指标、预警阀值及预

14、警准则，实现提出顶板灾害监测预警指标、预警阀值及预警准则，实现顶板灾害的智能化监测和预警。顶板灾害的智能化监测和预警。该该项创新技术项创新技术2012年被国家局确定为年被国家局确定为“四个一批四个一批”推推广项目广项目已在鄂尔多斯矿已在鄂尔多斯矿区、皖北煤电集团、中煤集团等矿区成功应用。区、皖北煤电集团、中煤集团等矿区成功应用。矿监测主机集团服务器平平台台物物理理架架构构井下系统展示平台展示平台平台逻辑结构平台逻辑结构酸刺沟矿千万吨综放工作面频繁压架酸刺沟矿千万吨综放工作面频繁压架酸刺沟：酸刺沟：6上上105-2综放工作面开采初期，发综放工作面开采初期，发生过多次大面积压架事故生过多次大面积压

15、架事故，工作面无法正常，工作面无法正常生产。采用该系统加强观测和预警后，生产。采用该系统加强观测和预警后，工作工作面实现了正常生产。面实现了正常生产。华能扎赉诺尔矿综放工作面无法达产华能扎赉诺尔矿综放工作面无法达产 铁北矿：铁北矿：在铁北矿在没有采用该系统时，右三片工在铁北矿在没有采用该系统时，右三片工作面最高月产量只有作面最高月产量只有21万万t，工作面时常发生压架顶，工作面时常发生压架顶板事故，在采用该系统后，实现了工作面顶板灾害板事故，在采用该系统后，实现了工作面顶板灾害的及时预警，有效的保证了工作面的正常生产，工的及时预警，有效的保证了工作面的正常生产，工作面平均月产达作面平均月产达31.2万万t。 KJ21顶板灾害监测系统已累计已销售近顶板灾害监测系统已累计已销售近150套，市套，市场范围覆盖了神华集团、晋城煤业集团、山西焦煤集场范围覆盖了神华集团、晋城煤业集团、山西焦煤集团、同煤集团、中煤能源集团、开滦集团、伊泰集团团、同煤集团、中煤能源集团、开滦集团、伊泰集团等国内大型煤炭集团下属煤矿和地方煤矿。等国内大型煤炭集团下属煤矿和地方煤矿。 已在皖北煤电及准旗煤炭局成功建立顶板灾害监控已在皖北煤电及准旗煤炭局成功建立顶板灾害监控平台，与鄂尔多斯市伊旗煤