13窦林名-兴安-鹤岗矿区典型冲击危险工作面防治对策研

1、鹤岗矿区（兴安）典型冲击危险工作面防治对策研究1窦林名 教授中国矿业大学鹤岗矿区（兴安）典型冲击危险工作面防治对策研究全国防治煤矿冲击地压高端论坛2中国矿业大学冲击矿压防治研究进展3静载+动载 诱发冲击j 静载荷d 动载荷bmin 冲击破坏最小荷载煤岩体中静载荷与矿震形成的动载叠加之和大于诱发煤岩体冲击破坏的最小载荷，就会诱发强矿压灾害；1.1、动静载叠加诱发冲击的原理1、冲击矿压发生机理方面41.2、上覆围岩的 FT 型结构1、冲击矿压发生机理方面短臂F型结构长臂F型结构江苏省优秀博士论文51.3、断层褶皱构造附近的冲击规律、底板冲击1、冲击矿压发生机理方面甘肃省、河南省科技二等奖、安监局一

2、等奖62.1、弹塑脆性-流变突变模型、冲击预测准则EHEMHOOKEMAXWELL脆性单元2、冲击矿压监测预警方面W（t）=0， (t)0 该判别模式对应能量、变形、频次等前兆信息，可采用微震、应力监测、电磁辐射监测等方法进行。冲击危险兆判别准则煤协科技二等奖72.2、冲击矿压的分区分级监测预警技术2、冲击矿压监测预警方面危险等级危险状态危险指数防治对策A无危险0.75停止采掘作业，人员撤离危险地点。采取强度弱化减冲治理措施。采取措施后，通过监测检验，冲击危险消除后，方可进行下一步作业。时间上从早期综合分析预测到即时预测；空间上从区域预测到局部、点预测；逐级排除和确认冲击矿压危险，实现分级预测

3、。煤协科技二等奖。82.3、冲击矿压危险评价的综合指数法2、冲击矿压监测预警方面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12个开采因素对冲击矿压发生的影响 92.4、弹性波CT透视技术2、冲击矿压监测预警方面102.5、电磁辐射监测预警技术2、冲击矿压监测预警方面EME强度动态趋势系数KEEME脉冲数1.3Ew1.7Ew1.7Nw2.3Nw1.3KN1.71.72.3安全弱危险强危险国家科技局部二等

4、奖112.6、矿震监测预警技术2、冲击矿压监测预警方面山东省科技一等奖122、冲击矿压监测预警方面2.6、矿震监测预警技术-冲击变性能指数时序预警砚北矿一二采区冲击能指标预警4E5（110414-120604）山寨矿冲击能指标预警1E5（110130-120119）132、冲击矿压监测预警方面2.6、矿震监测预警技术-震动波CT空间预警2012050820120607时段2012060820120630山东省科技一等奖143.1、强度弱化减冲原理3、冲击矿压防治方面一是采取松散煤岩体的方式，降低煤岩体的强度 冲击倾向性，使得冲击危险性降低；二是对煤岩体的强度进行弱化后，使得应力顶峰向岩体深部转

5、移，并降低应力集中程度；三是采取一定的减冲解危措施后，使得发生冲击压时，降低冲击的强度。全国百篇优秀博士论文153.2、巷道围岩的强弱强结构效应3、冲击矿压防治方面围岩强度：强、弱、强围岩变形：小、大、小能量耗散：小、大、小冲击应力波衰减吸收效应应力集中程度降低，顶峰向深部转移江苏省优秀博士论文163.3、煤体高压射流钻割卸压技术3、冲击矿压防治方面173.4、高压水力定向致裂技术3、冲击矿压防治方面18龙煤集团：峻德、兴安、富力、南山、益新、桃山同煤集团：忻州窑、同忻韩矿集团：下峪口、桑树坪华亭集团：华亭、山寨砚北兖矿集团：鲍店、东滩、济三、南屯、济二、兴隆庄赵楼、临矿集团：古城、王楼矿天安

6、矿业：星村新矿集团：华丰枣庄地区：金源矿、朝阳矿徐矿集团：张小楼、三河尖、夹河、张集、张双楼、旗山淮北矿业：海孜、杨柳矿义煤集团：常村、跃进、千秋平煤集团：十、十一矿大屯煤电：孔庄、姚桥、徐庄矿昊华集团：木城涧、大台4、冲击矿压研究足迹191、地质开采条件2、冲击原因分析3、防治方案4、防护措施目 录设计与优化方案矿震规律分析监测预警方法指标卸压解危措施兴安煤矿四水平11层1-3区二段工作面20 地质开采条件121兴安矿四水平11层1-3区二段工作面1、地质开采条件水平11层1-3区二段综放工作面221、地质开采条件F13F1F13F1F6F5231、地质开采条件F13F6F1F13F6F1F

7、13F124倾斜长135m，煤层倾角23，煤厚约8m，埋深600680mA为北部底板层综放面；B为南部一分层工作面回采顺序：回采A至设计止采线 回采B 从设计止采线向南推过B底板层 回采C78-10钻孔1、地质开采条件25直接顶为10m厚细砂岩，老顶为3040m厚粗砂岩综合柱状图78-10钻孔柱状图1、地质开采条件262011年11月开始掘进，2012年5月4日正式回采共发生4次冲击，“5.21，“6.26，“9.15，“10.151、地质开采条件272011年11月开始掘进，2012年5月4日正式回采共发生4次冲击，“5.21，“6.26，“9.15，“10.151、地质开采条件28 冲击原

8、因分析229开采深度：采深680m，冲击指数为Wt=0.25，约为采深500m（Wt=0.04）时的6倍。断层：F13、F1、F6；Fe落差大于4m； Fb落差大于15m。FeFb南部工作面2、冲击原因分析30孤岛大煤柱顶分层与底板巷道影响： 留下缩面煤柱，使下分层巷道处于应力集中区，对下分层一次采全高留下隐患； 下分层的两巷道由于开采影响不能掘进，只有在工作面开采完毕后才能掘进，采掘紧张。2、冲击原因分析31采掘相互影响 回采影响距离190 m-310 m ，掘进影响距离110 m-130 m ，相互影响距离300 m-440 m ； “9.15冲击主要受多头掘进影响。2012年11月20日

9、至12月4日2、冲击原因分析32顶板岩层运动作用存在12层20120m厚坚硬顶板岩层，120m厚砾岩，与11煤间距140m，难以破断垮落2、冲击原因分析33顶板岩层运动作用 坚硬顶板结构，未完全破断垮落；“5.21“6.26“10.15三次冲击分别发生在老顶初次破断、工作面一次见方和二次见方阶段 。掘进矿震分布推进速度：“5.21冲击前进9刀煤，8.6m，10月15日之后保持在3m左右，矿震强度下降，未发生冲击巷道交叉2、冲击原因分析342、冲击原因分析褶曲构造35静载+动载 诱发冲击j 静载荷d 动载荷bmin 冲击破坏最小荷载应力条件煤岩体中静载荷与矿震形成的动载叠加之和大于诱发煤岩体冲击

10、破坏的最小载荷，就会诱发强矿压灾害；冲击危险的动静载分析2、冲击原因分析36发生冲击矿压的最小载荷煤的单向抗压强度大于RC20MPa，煤体发生冲击矿压破坏的最小应力为50MPa；煤的单向抗压强度小于RC 回采B 从设计止采线向南推过B底板层 回采C44南11层一分层工作面不采，将四水平北11层1-3区二段底板层工作面向南部延伸推进，采用放顶煤开采，并直接推过Fe断层。降冲开采优化方案3.1 设计与优化方案45不存在孤岛煤柱，静载应力下降缩短了采掘接续时间跨断层回采，不存在Fe断层保护煤柱，不会对本段和下段回采产生影响不存在一分层缩面煤柱对底板两巷影响，降低了底板巷的冲击危险优化方案优点3.1

11、设计与优化方案46静载荷预计动载荷预计动静载分析防止了孤岛煤柱，受巷道应力集中（应力集中系数取2）影响，垂直应力为32.5MPa，小于发生冲击的最小载荷震动能量 1.6E+06J ，产生动载约30MPa动静载叠加应力为62.5MPa，刚刚到达冲击最小载荷单一静载作用不会发生冲击，采取合理卸压措施后，可防止动静载叠加诱发冲击3.1 设计与优化方案47地质因素：0.76，强冲击危险冲击危险的综合指数3.1 设计与优化方案开采因素：0.43-0.57，弱-中等击危险：工作面见方之前为弱冲击，见方以后为中等冲击与原方案相比，开采技术条件引起的冲击显著降低0.55-0.850.43-0.5748根据老顶

12、初次来压、工作面“见方阶段、双工作面“见方阶段、巷道交叉区、断层影响等划定危险区冲击危险区划原方案优化方案3.1 设计与优化方案4910月份应力集中区位于工作面前方，一分层切眼以北方案优化后，12年11月20日至13年2月8日掘进南部底板机道，应力集中区13年1月1日至2月4日掘进南部底板轨道，应力集中区一分层切眼实施大量卸压措施，应力集中程度降低震动波CT探测应力集中区2013.1.12013.1.132012.10.12012.10.232012.12.202012.12.27掘进底板机道掘进底板机道掘进底板轨道3.1 设计与优化方案50因优化方案的顺利实施和各项防冲措施的有力开展，201

13、3年以来矿震能量频次较之前显著降低优化方案防冲效果3.1 设计与优化方案2012-10-01至2013-01-162013-04-01至2013-07-16513.1 设计与优化方案3.2 矿震规律分析3.3 监测预警方法指标3.4 卸压解危措施3、防治方案兴安煤矿四水平11层1-3区二段工作面52“5.21冲击释放能量4.6E+6 J，上巷回采76.30 m、下巷回采59.70 m，理论计算老顶初次破断步距为75.37 m，冲击与老顶初次破断有关后续几天至5月25，矿震活动频繁、能量较大，上巷回采85.87 m、下巷回采70.87 m，这与关键层2的初次破断（86.30 m）有关初次来压及矿

14、震特征3.2 矿震规律分析53回采初期，本工作面矿震频次少、能量小“5.21冲击前，矿震分布在相邻采空区和本工作面5.21冲击矿震分布初次来压及矿震特征3.2 矿震规律分析54周期来压与矿震关系矿震能量、频次呈现“升-降周期性变化，对应顶板周期破断来压3.2 矿震规律分析555月，上巷105 m、下巷93 m，老顶初次垮落前矿震频次少、能量小，分散不集中，“5.21冲击6月，上巷184m、下巷135m，老顶周期垮落，矿震剧烈，集中分布于工作面前方和临采空区，影响范围190m，“6.26冲击7月1日至9月12日停产9月，上巷228 m、下巷176m，矿震分布与6月类似，影响范围210m，“9.1

15、5冲击10月，上巷265m、下巷217m，矿震分布与6月类似，影响范围300m，“10.15冲击矿震分布3.2 矿震规律分析5611月，上巷336.5 m、下巷289 m，矿震集中分布于工作面前方和一分层切眼，范围310m，期间进行了一分层切眼支架安装与撤出12月，上巷450 m、下巷372.3 m，矿震集中分布于一分层切眼中上部并延伸至上段采空区，范围315m，巷道交叉应力集中，底板机道向南延伸1月，上巷491 m、下巷305m，14日停采，底板轨道向南延伸全部能量大于E+4JE+4J以上矿震主要发生912月，集中于工作面前方，期间老顶周期垮落，4个关键层均到达破断步距，产生初次破断与周期性

16、破断矿震分布3.2 矿震规律分析573.1 设计与优化方案3.2 矿震规律分析3.3 监测预警方法指标3.4 卸压解危措施3、防治方案兴安煤矿四水平11层1-3区二段工作面583.3 监测预警方法指标冲击危险监测方法 监测方法区域检测局部检测定点检测微震法电磁辐射声发射电磁辐射声发射应力在线S0S应力在线钻屑法59监测指标及指标值兴安矿矿震评价指标及指标值3.3 监测预警方法指标1E+6 J能量矿震100%诱发冲击，可作为强冲击危险预警指标值，回采期间诱发冲击的最小能量为1E+5 J，可作为中等危险指标60预警方法3.3 监测预警方法指标61应力在线监测指标选定： 煤体应力增量冲击矿压应力在线

17、评价指标强冲击矿压危险的应力在线判别标准3.3 监测预警方法指标62电磁辐射监测指标选定：电磁辐射预警指标选取电磁辐射幅值指标值确定：电磁辐射临界指标初步定为22.5mv当幅值大于22.5mv时，说明数据异常，需结合微震等其它监测手段评价冲击危险性，幅值超过22.5mv越多，冲击危险性越高。电磁辐射3.3 监测预警方法指标633.1 设计与优化方案3.2 矿震规律分析3.3 监测预警方法指标3.4 卸压解危措施3、防治方案兴安煤矿四水平11层1-3区二段工作面643.4 卸压解危措施卸压解危措施治理技术顶板治理煤层治理底板治理倾向预裂爆破走向预裂爆破注水软化大直径钻孔卸压深孔卸压爆破浅孔松动爆

18、破巷道卸压爆破65煤体大直径钻孔卸压钻孔间距：钻孔直径为113mm，钻孔间距可取1m；钻孔深度：现场施工15m可满足要求；布置方案：超前工作面100m，三花眼。3.4 卸压解危措施66走向切顶深孔爆破为使坚硬老顶充分破碎，取爆破孔间距5m，倾角75，孔深69m。3.4 卸压解危措施67人工破断顶板步距为正常来压步距的46.4%；周期来压步距为30m，爆破步距15m。倾斜切顶深孔爆破3.4 卸压解危措施68高压定向水力致裂垮落带高度为 32 m，致裂深度为32m以上注水压力：埋深650m，顶板抗拉强度5MPa，则注水压力为27.6MPa3.4 卸压解危措施煤体高压注水湿润半径：8.23m；注水孔间距：16m69 防护措施4704、防护措施技术管理规定工作面加强端头支护和超前支护，提高上下端头和切顶线的支护强度，加大两巷超前