冲击地压综合防治技术体系

1、冲击地压综合防治技术体系第一页，共64页。提纲冲击地压发生特征及条件1冲击地压的发生机理2冲击地压危险的评价方法3冲击地压的防治手段5冲击地压的综合防治技术体系6冲击地压的监测手段4工程实例7第二页，共64页。冲击地压的视频第三页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的现场图片第四页，共64页。近10年来我国主要冲击矿井地域分布排序地区典型举例1山东省兖州济二、济三、东滩、南屯、鲍店；新汶华丰、孙村、良庄、协庄、潘西；临沂古城；天安星村等2黑龙江省鹤岗富力、峻德、南山；双鸭山集贤、新安；七台河新兴、桃山等3江苏省徐州三河尖、张双楼、权台、张集等4河南省义马千秋、跃进；平顶山十一矿、十二矿等5

2、河北省开滦唐山、赵各庄；峰峰大淑村等6山西省大同同家梁、煤峪口、忻州窑、白洞、四老沟7辽宁省阜新五龙、孙家湾；抚顺老虎台8甘肃省窑街一号井、华亭、砚北、靖远王家山9北京市木城涧、大安山10新疆宽沟、乌东我国冲击地压发生现状第五页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的发生特点开采深度特征大多数采深在500m以上，采深超过1000m的有13个山东省平均采深已超过600m，是我国冲击地压最严重的地区冲击倾向性特征绝大多数煤层有冲击倾向性掘进及回采巷道冲击远多于工作面冲击，大多为煤层冲击，也有岩爆发生地点特征开始表现出与瓦斯相关性： 瓦斯参与冲击做功；冲击地压诱发煤与瓦斯突出与气体相关特征第六页，

3、共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的发生特点冲击地压、岩爆和矿震之间的关系冲击地压：煤岩体在高应力作用下的动力破坏现象。岩 爆：高地应力条件下硬脆性围岩因弹性应变能突然释放而产生 的爆裂、剥落、弹射甚至抛掷。矿 震：采矿活动而引起的诱发地震。冲击地压与矿震 冲击地压是矿震的一种灾害显现。每一次冲击地压的发生都与岩体震动有关，但并非每一次岩体震动都会引发冲击地压。冲击地压与岩爆 冲击地压以煤体的压剪破坏为主，而岩爆主要发生在硬岩体中，主要以岩石的拉破坏并弹射为主。 冲击地压和岩爆，其显著差异在于构成结构体的岩性具有明显的不同，从而导致在现象和破坏形式上明显不同。第七页，共64页。天地科技股份

4、有限公司冲击地压的发生特点冲击地压和煤与瓦斯突出之间的区别和联系冲击地压和煤与瓦斯突出的相同点 力学及能量平衡系统遭到破坏 破坏过程快速而猛烈 均在高应力区或采掘过程中发生破坏冲击地压和煤与瓦斯突出的区别 能量来源有差别 灾害发生各阶段的能量耗损不同 破坏形式不同 表现特征不同第八页，共64页。天地科技股份有限公司采深水平/m冲击地压总数/次伴随瓦斯超标次数/次伴随瓦斯超标比例/%-58016510.61-6802693412.64-730135107.41-7803378324.63-830874045.98合计1217181采深水平/m煤与瓦斯突出次数/次伴随冲击地压次数/次伴随冲击地压比

5、例/%-580200-680300-7305120-7806233.3-8304375合计206事故事故点埋深/m相对瓦斯涌出量/m3/t瓦斯压力/MPa回风瓦斯浓度/%涌出瓦斯量/m3抛出煤岩量/t吨煤平均涌出/m3平煤十矿11.12事故8801039329.940000200020平煤十二矿6.29事故890110018252.89.916058119.8抚顺老虎台冲击地压和煤与瓦斯突出相关性统计平煤矿区高瓦斯煤层动力灾害的表现特征冲击地压的发生特点第九页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的发生特点煤岩瓦斯动力灾害的统一能量机理忽略瓦斯作用的冲击地压煤岩瓦斯冲击煤岩瓦斯压出煤与瓦斯突

6、出第十页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的发生条件一、冲击倾向性煤体和岩层所具有的积蓄变形能并产生冲击式破坏的性质。动态破坏时间DT；弹性能量指数WET；冲击能量指数KE ；单轴抗压强度岩层弯曲能量指数第十一页，共64页。天地科技股份有限公司天地科技股份有限公司煤体冲击倾向性分类岩石冲击倾向性分类煤岩冲击倾向性指标第十二页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的发生条件二、地质影响因素特征(1)岩层结构 坚硬厚层顶板 最典型的冲击地压条件，我国在这类条件下发生的冲击地压最多。在受 到采动影响条件下，厚层坚硬顶板能将积聚在其中的弹性能以急剧、猛烈的 方式释放出来，从而形成动载，诱发冲击

7、地压或矿震。 巨厚坚硬覆岩 上覆巨厚坚硬岩层完整性好，但高强度开采引起的覆岩破坏有可能波及 到这些岩层，巨厚岩层一旦失稳将导致矿震并引发冲击地压等重大灾害。 巨厚砾岩层（新汶华丰、河南义马、铜川下石节 ） 巨厚火成岩（兖州济二、临沂王楼） 坚硬顶底板 在坚硬顶底板的夹持作用下，煤体将积聚大量的弹性能。 （大同同家梁、忻州窑、新汶孙村）第十三页，共64页。天地科技股份有限公司(2)断层、褶曲构造 断层的诱冲机理： 由于断层的隔断，阻止了开采引起的超前采动应力不能继续 向前传递，因此当开采方向朝向断层时，将造成采动应力在断层 前不断积聚；断层在受到采动影响时可能活化，产生滑动，从而 形成动载诱发冲

8、击。 （老虎台煤矿）冲击地压的发生条件第十四页，共64页。天地科技股份有限公司褶曲对冲击地压的影响： 褶曲本身是在水平应力作用下挤压而成，因此褶曲区域具有较高的水平应力，在采动影响下也容易形成应力集中。冲击地压的发生条件第十五页，共64页。天地科技股份有限公司其他地质因素的影响： 煤层倾角 大倾角煤层由于冒落矸石堆积于采空区下端，容易造成采空 区上端出现悬顶，诱发顶板断裂形成动载。 （新疆乌东、甘肃华亭、北京木城涧） 煤厚变化 煤厚变化处，支承压力增高，容易发生冲击地压。 （天池煤矿） 地震活动 （开滦赵各庄）冲击地压的发生条件第十六页，共64页。天地科技股份有限公司三、开采技术因素特征煤柱应

9、力集中 孤岛煤柱、上覆煤柱、下伏煤柱 （义马千秋、兖州济二）冲击地压的发生条件第十七页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的发生条件采掘顺序造成煤柱应力集中 单一煤层开采时，巷道或采煤工作面的相向推进、在采煤工作面或煤柱中的支承压力带内掘进巷道、在工作面向采空区或断层带推进等，都会使应力发生叠加，从而引起冲击地压的发生。第十八页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的发生条件动载影响 顶板周期来压。周期来压反映的是基本顶的失稳和运动。微震监测资料表明，微震事件的发生与采煤工作面周期来压有直接关系：微震事件周期性比较明显，周期来压期间，最易发生大能量微震事件。因此顶板周期来压容易诱发冲击地

10、压。 工作面见方。工作面自开切眼推进，采空区面积逐渐增大，其是由一个短边不变、长边不断增大的矩形变化发展的过程。煤层上方的顶板岩层结构也可以看作是一个不断变化的矩形板，当工作面上方的覆岩空间结构在平面图上呈现“正方形”形状时，顶板运动加剧，工作面矿压显现越加明显的现象。 爆破。老虎台矿的调查表明，放炮产生的动载是诱发冲击地压的重要因素之一。第十九页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的发生条件开采方法的影响 在同一煤层条件下，采用综放开采方法比采用综采开采更有利于防治冲击地压，因为综放开采形成的超前支承压力峰值较综采要小，峰值距离煤壁距离较综采要远。因此，综放开采是特厚煤层较好的开采方法。

11、 第二十页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的发生条件开采速度的影响 开采速率的不同影响围岩应力转移过程的完成程度；开采速率的不同造成单位时间开采截深的变化，影响了围岩的加卸载过程以及加载速率的变化。随着推进速度的增加，工作面周围应力降低区的面积减小，工作面周围岩体破坏区的范围减小，工作面前方峰值应力向工作面靠近，峰值应力变大。 第二十一页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的发生机理 强度理论； 刚度理论； 能量理论； 冲击倾向理论； 变形失稳理论； “三准则”理论； “三因素”机理； 强度弱化减冲机理。第二十二页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的发生机理静载条件： 冲击地

12、压的发生是能量失稳所导致，煤岩体在变形破坏过程中存在弹性应变能的积聚及释放，剩余弹性应变能成为冲击地压的能量来源。第二十三页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的发生机理弹性应变能剩余弹性应变能第二十四页，共64页。天地科技股份有限公司动载条件： 煤岩体在受到动载作用过程中存在能量的积聚及释放，剩余能量成为冲击地压的能量来源。冲击地压的发生机理第二十五页，共64页。天地科技股份有限公司剩余能量瓦斯流量及围岩速度矢量 含瓦斯煤体剩余能量：第二十六页，共64页。冲击地压危险评价方法煤、岩体冲击倾向性测试 +地质影响因素 +采掘技术影响因素分阶段进行危险性评价： 开采前预评价 开采中动态评价第二

13、十七页，共64页。天地科技股份有限公司开采前预评价类 别 冲击倾向无弱强指数动态破坏时间x1DT50050DT500DT50弹性能量指数x2WET22WET5 WET5冲击能量指数x3KE1.51.5KE5KE 5煤的冲击倾向性评价第二十八页，共64页。天地科技股份有限公司地质因素评价开采前预评价第二十九页，共64页。天地科技股份有限公司开采技术条件评价开采前预评价第三十页，共64页。天地科技股份有限公司类别冲击危险性无弱 中 强0U0.4 0.4U0.60.6U0.80.8U1开采前预评价第三十一页，共64页。天地科技股份有限公司开采中动态评价指 标自然因素开采深度900煤层冲击倾向性无冲击

14、弱冲击强冲击顶板冲击倾向性无冲击弱冲击强冲击硬厚顶板距煤层距离9060-9030-6030底板单轴抗压强度30构造应力集中低一般较高高开采技术因素沿空巷煤柱宽度/m15距残采区距离/m110110-8080-509060-9030-608060-8040-607050-7030-5030解危措施应用效果好一般较差差微震监测危险等级无冲击弱冲击中等冲击强冲击动态权重评价模型第三十二页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的监测手段钻屑法： 原理：钻出煤粉量与煤体应力状态具有定量的关系，即对于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

15、力集中程度增加和冲击危险性提高。 方法：在煤层中打4250mm的钻孔，在钻到一定深度后，每钻进1m，收集排除的钻粉进行称重，再与正常状态下的钻粉重量进行比较，确定冲击危险状态。 优点：简便适用，应用最广泛。 缺点：接触式探测，打钻费时费力，钻孔数量少，探测范围有限。 第三十三页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的监测手段电磁辐射法： 原理：煤岩体受载变形破裂过程中会向外辐射电磁能量，电磁辐射强度反映煤岩体的受载程度及变形破裂强度，电磁辐射脉冲数反映煤岩体变形及微破裂的频次。 方法：采用电磁辐射仪在井下采集或进行在线监测电磁辐射能量和脉冲数。 优点：非接触式探测。 缺点：不能实现定位，探测

16、范围有限。 第三十四页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的监测手段钻孔应力计法： 原理：安装在钻孔中的振弦式压力计，能将加在其上的压力通过振弦转换成振动频率并记录下来，根据频率与压力的关系反算出钻孔中的压力。 方法：在工作面前方煤体里安装钻孔应力计，记录随工作面推进煤体应力的变化情况。 优点：压力传感器可直接获取煤体相对应力变化。 缺点：接触式探测，打钻费时费力，探测范围有限。 第三十五页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的监测手段某矿煤体应力实测曲线锚杆（索）测力计压力计钻孔应力计记录仪采集仪专用软件第三十六页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的监测手段微震及地音法： 原理

17、：煤岩体在应力作用下发生破坏，并产生微震和声波。通过在采动区顶板和底板布置探头（拾震器或检波器）并实时采集微震及地音数据，经过数据处理后，采用震动定位原理，可确定破裂发生的位置，并在三维空间中显示出来 。 方法：采用微震和地音监测系统进行在线监测获取微震能量并定位。 优点：非接触式探测，监测范围广，实时三维显示，可定位。 缺点：设备昂贵，投资大，人员要求素质高。 第三十七页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的监测手段第三十八页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的监测手段第三十九页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压防治原则避免高应力的形成。保证与最大地应力方向平行采煤与掘进。扩

18、大应力释放范围，以降低应力集中程度和应力释放速率。控制煤层存储能量的条件。控制顶板能量的突然释放与加载。改善底板中的支承压力并加大煤层和顶板的变形。优先开采无冲击倾向性和无冲击危险煤层。最大限度地降低构造对冲击地压的影响。 冲击地压的防治手段第四十页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的防治手段冲击地压防治的基本方法区域防范方法 保护层开采、开采顺序优化、巷道布置优化主动解危方法 断顶、断底爆破 煤体卸压爆破 卸压钻孔 卸压硐室 煤层注水、水力压裂 解危+防护方法 卸压+强力支护第四十一页，共64页。天地科技股份有限公司 只要开采煤层，就必定会破坏煤体的原始应力平衡状态而使应力重分布，而开

19、采具有冲击倾向性的煤层则很容易在煤体应力集中条件下产生冲击地压危险。为取得冲击地压防治的最佳效果，冲击地压的防治应该全盘考虑，将减小或避免煤体应力集中的思想贯穿于矿井设计、开拓准备、掘进回采的全过程，因此，冲击地压防治是一项系统工程。对于冲击地压危险矿井，应优先进行冲击地压区域防范设计，以冲击地压危险预评估为基础，分阶段和分区域进行冲击地压的动态防治。冲击地压综合防治技术体系第四十二页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压综合防治技术流程第四十三页，共64页。天地科技股份有限公司开采前冲击地压危险预评价实例第四十四页，共64页。天地科技股份有限公司开采中冲击地压危险评价实例第四十五页，共64

20、页。天地科技股份有限公司冲击地压综合监测实例第四十六页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的地音监测实例第四十七页，共64页。天地科技股份有限公司48 6月12日19:34、23:13和23:30分左右在工作面产生3次震动，有明显震感，位于1420#架间。冲击地压的微震监测实例第四十八页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的微震监测实例第四十九页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的微震监测实例矿压显现、煤柱对冲击地压的影响第五十页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的微震监测实例断层对冲击地压的影响第五十一页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的监测实例划分危险区域第五十

21、二页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的监测实例识别危险源第五十三页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的防治实例超前顶板预裂爆破断底爆破施工现场第五十四页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压的防治手段煤体卸压爆破第五十五页，共64页。天地科技股份有限公司卸压硐室冲击地压的防治手段第五十六页，共64页。天地科技股份有限公司深孔高压注水卸压冲击地压的防治实例第五十七页，共64页。天地科技股份有限公司卸压+强力支护冲击地压的防治实例第五十八页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压防治效果检验实例煤体卸压爆破效果检验第五十九页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压防治效果检验实例切顶效果检验第六十页，共64页。天地科技股份有限公司冲击地压研究室主要业务煤岩冲击倾向性鉴定煤岩常规物理、力学性质测试地应力测试工作面及巷道超前地质异常探测区域（矿区、采区、工作面、巷道）冲击危险性评价矿震监测预警与防治考虑冲击地压防治的采煤方法确定具有冲击倾向性煤