冲击地压防治

主讲人：毛德兵煤矿冲击地压科技万里行

——走进淄矿集团

冲击地压防治基本概念及其新进展主要内容1.科技万里行的目的与意义2.挂靠单位介绍3.冲击地压防治基本概念4.冲击地压研究新进展5.结语1.目的与意义岩石力学专业委员会是中国煤炭学会直属的25个专业委员会中成立最早的专委会之一，成立时间为1980年,1996年更名为岩石力学与支护专业委员会。挂靠单位：天地科技股份有限公司开采设计研究分院专委会每年举办一次全国性学术研讨会，自2008年以来，利用国内冲击地压知名专家均为专委会委员的条件连续6年开展了岩石力学与支护的难题——冲击地压防治专题研讨会。受制于基层防冲人员参会困难，专委员利用挂靠单位专业力量开展冲击地压防治技术现场培训，解决专题研讨会互动少、基层科技人员少的缺点，促进冲击地压防治技术的推广。2挂靠单位介绍采矿技术研究所专门从事采煤方法、矿山压力与岩层控制、冲击地压防治研究及矿压监测仪器开发的机构。是由原煤科总院北京开采研究所采煤工艺研究室、矿山压力与控制研究室、仪器室及岩石力学实验室组建而成。目前拥有各类人员76人，其中博士9名、硕士31名，研究员5名、高级工程师7名、工程师14名。2挂靠单位介绍煤科院北京开采研究所办公室采煤室矿压室机电室支架室1957～1964年北京开采所机构设置煤科院北京开采研究所采煤室回采工作面支护室巷道支护室矿用特种油品室特殊采煤室1985年北京开采所机构设置液压支架室矿山压力室计算机应用室仪器仪表室岩石力学与材料试验室液压支架试验室■煤岩物理力学参数测定与煤岩冲击倾向性鉴定■采煤方法研究与论证

■工作面设备选型与配套、总体设计■采掘工作面冲击危险性、顶板安全性评价■安全高效开采工艺研究与技术指导■工作面矿压规律研究与顶板灾害防治■冲击地压、顶板灾害危险区域监测预警■冲击地压防治技术研究■矿用仪器、装备研发与生产■坚硬顶板处理与破碎围岩加固主要研究领域（1）开发了适合我国不同煤层条件的开采方法和工艺

综合机械化放顶煤开采已成为我国厚及特厚煤层实现高产高效的主要开采方法；率先提出的大采高综放开采技术已成为特厚煤层实现单面年产1000万吨的重要技术途径；急倾斜薄及中厚煤层走向长壁机械化开采技术与装备研发填补了国内外空白；正在开展的急倾斜厚煤层大采高综采将进一步拓展大采高综采的应用范围。采矿所近年主要成果（2）以冲击倾向性测定、冲击危险性区域划分、微震与地音及矿压监测预测、卸压解危、效果检验等技术为基础，形成了冲击地压防治成套技术

根据冲击地压发生过程与能量释放原理提出了冲击地压启动理论和剩余能量理论；在新疆神新、河南义马、山东新汶、吉林辽源、内蒙古平庄、辽宁抚顺及龙煤双鸭山、七台河等多个矿区进行了采掘工作面冲击地压防治工作，达到了预期效果。

采矿所近年主要成果（3）顶板灾害监测系统、顶板灾害预警平台及无线通讯系统的研发为我国煤矿顶板灾害的实时监测预警及无线矿山建设提供了条件

顶板灾害监测与预警技术被国家局列入2012年“四个一批”，“顶板灾害监测系统研发及其应用”项目获煤炭工业科学技术进步二等奖。采矿所近年主要成果（4）用先进适用技术及管理经验改造和提升传统产业，以采煤方法改革为突破点，全面参与我国中小煤矿升级改造进程，创造了彬县下沟模式、芦子沟模式、攀枝花模式及鄂尔多斯模式。

采矿所近年主要成果（5）通过代理波兰微震、地音系统，开发冲击地压应力在线监测系统及多参量冲击地压过程监测系统，实现了对冲击地压的全方位监测。

采矿所近年主要成果采矿所近年获奖成果采矿所近年获奖成果

冲击地压是井巷或周围的煤岩体由于变形能释放,而产生的一种以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象,是矿压的一种特殊显现形式。冲击地压发生时，经常伴随巨大的声响和强烈的震动，并伴有大量煤岩体抛出和冲击波，是严重威胁煤矿安全生产的典型动力灾害之一。

冲击地压历史

国外：270年历史，1738年英国记载第一次；中国：65年历史，1933年抚顺胜利矿第一次。3

冲击地压防治基本概念

冲击地压的概念冲击地压的特点突发性

没有明显的宏观前兆而突然发生，过程短暂（持续几秒到几十秒），难以事先准确确定发生时间、地点和强度。瞬时震动性

过程急剧而短暂，伴有巨大声响和强烈震动，重型设备被移动，人员被弹起摔倒，震动范围可达几千米甚至几十千米，地面有震感，但震动持续时间一般不超过几十秒。巨大破坏性

顶板可能瞬间明显下沉，但一般不冒落；底板可能突然开裂鼓起甚至接顶；常有大量煤块甚至上百立方米的煤体突然破碎从煤壁抛出，堵塞巷道，破坏支架。造成惨重的人员伤亡和巨大的经济损失。复杂性

在自然地质条件上，除褐煤以外的各种煤种都记录到冲击现象，采深从200~1000m，地质构造从简单到复杂，煤层从薄特厚，倾角从水平到急斜，顶板包括砂岩、灰岩、油母页岩等都发生过冲击地压。3

冲击地压防治基本概念

冲击地压的分类1983年《冲击地压煤层安全开采暂行规定》中规定了我国煤矿冲击地压分类方法：根据破坏后果一般冲击地压破坏性冲击地压冲击地压事故根据显现强度等级123456里氏地震级0.5~1.01.1~1.51.6~2.02.1~2.52.6~3.0≥3.03

冲击地压防治基本概念冲击类型多种多样构造型、重力型和混合型断层错动型、顶板断裂与煤体压缩型冲击

发生条件极为复杂硬煤、硬顶，硬煤、非坚硬顶底板（软煤：煤与瓦斯突出），深部矿井、浅部矿井发展趋势日益严重发生区域、频度、强度都在增加。3

冲击地压防治基本概念

冲击地压显现特点省份矿井数百分比黑龙江128.45%吉林32.11%辽宁128.45%北京64.23%河北42.82%山东4330.28%山西64.23%河南85.63%安徽32.11%省份矿井数百分比江苏74.93%江西21.41%重庆21.41%四川42.82%甘肃42.82%新疆21.41%湖南149.86%贵州107.04%总计142100%

3

冲击地压防治基本概念

冲击地压矿井分布（1）参与冲击地压的煤岩体具有冲击倾向性（2）力源条件（采深大—自重、构造应力、应力集中）（3）存在诱发煤岩释放能量的条件（采掘活动、放炮等）。3

冲击地压防治基本概念

冲击地压发生基本条件

冲击地压防治基本方法（1）改变煤岩体的力学特性（冲击倾向性）：注水软化、爆破弱化（2）改变应力条件，降低应力集中程度：开采解放层、爆破卸压、大直径钻孔卸压、水力压裂、小煤柱护巷、无煤柱开采等（3）减小采掘活动对围岩稳定性的影响：降低开采强度、减少巷道扩修（宽巷掘进）、加强支护等3

冲击地压防治基本概念

冲击地压防治基本流程煤岩冲击倾向性测定（新矿井、新水平、新采区）根据煤岩结构及应力分布情况评价拟开采区域冲击危险性——采掘前冲击危险性评价设计阶段：优化采法，优化巷道布置开采阶段：制订监测、防治措施对危险区域进行监测及预警对预警区域进行解危及解危效果检验3

冲击地压防治基本概念

冲击地压防治难点特大型构造失稳诱发的冲击地压（1）特厚坚硬上覆岩层活动诱发的冲击：矿井开采后期关闭（2）落差几十米以上大断层活化诱发的冲击：留大煤柱（3）地震诱发的冲击地压-----构造区域避免人员停留冲击地压发生时间的准确预报分析矿井冲击地压发生前后地音监测数据、矿压数据，可以初步确定提前时间冲击地压防治过程中巷道煤体卸压与支护对卸压过程中锚杆、锚索受力及巷道变形量进行监测，优化卸压参数，达到两者的统一3

冲击地压防治基本概念

冲击地压防治受到国家相关部门的高度重视1987年制订了《冲击地压煤层开采暂行规定》、《冲击的预测预防技术规范》2010年9月颁布《山东省煤矿冲击地压防治规定（试行）》2014年

《煤矿安全规程》全面修订，冲击地压内容首次作为单独一部分进行修订，内容更丰富3

冲击地压防治基本概念

冲击地压防治受到国家相关部门的高度重视2014年7月国家安全监管总局等四部门出台煤矿生产能力管理办法和核定标准

《办法》规定，有下列情形之一的煤矿，应当组织进行生产能力核定：……出现煤与瓦斯突出现象；被鉴定为高瓦斯矿井或冲击地压矿井；采深突破1000米等；…。《办法》对核增生产能力作出严格限制，开采煤与瓦斯突出、冲击地压煤层的生产矿井，原则上不再扩大生产能力。国家煤矿安监局办公室关于开展冲击地压矿井产能调研的函(煤安监司函办〔2014〕21号)为重新核定冲击地压矿井的生产能力，核减不具备安全保障能力的产能，在全国范围内开展冲击地压矿井产能调研。4.冲击地压研究新进展4.1断层活化规律及其诱发冲击的防治4.2

顶板与冲击地压监测系统应用4.1断层活化规律及其诱发冲击的防治

断层活化是一个能量的逐渐积累继而释放，最终分散的过程。断层活化导致断层面上的胶结物被剪断，断层由粘结状态变为开裂状态，同时伴随巨大的能量释放，断层周围介质也会做适应性调整运动。对于采掘工作面，断层的存在使工作面超前支承压力产生了显著的不连续。

断层对工作面超前支承压力分布的影响4.1断层活化规律及其诱发冲击的防治4.1断层活化规律及其诱发冲击的防治断层延展长度对微震事件分布规律的影响4.1断层活化规律及其诱发冲击的防治F31F28断层延展长度对微震事件分布规律的影响F314.1断层活化规律及其诱发冲击的防治断层落差对微震事件的影响F31F284.1断层活化规律及其诱发冲击的防治F284.1断层活化规律及其诱发冲击的防治倾向断层对微震事件的影响断层整体破坏性活化发生在工作面距断层一定距离处，过了此处，断层活化减弱。F28F1F24.1断层活化规律及其诱发冲击的防治走向断层两盘受力较均匀，活化作用不强，如图中的F1断层。对于落差较大、上下盘应力差较大的断层活化容易诱发大能量事件，如F2断层。走向断层对微震事件的影响F28F1F24.1断层活化规律及其诱发冲击的防治F13F9断层性质对微震事件的影响加强冲击地压矿井断层构造探测

优化采掘工作面布置

提前诱发、卸压

加强断层活化监测与预警

4.1断层活化规律及其诱发冲击的防治断层构造型冲击地压防治原则KDZ1114-6B304.1断层活化规律及其诱发冲击的防治巷道超前构造探测(MSP)图1纵波波速CT反演切片图（单位m/ms）

PASATM便携式微震监测仪4.1断层活化规律及其诱发冲击的防治工作面超前探测9.9事件4.1断层活化规律及其诱发冲击的防治微震监测采矿所开发了以KJ21顶板与冲击地压监测系统为核心的“顶板灾害监测预警系统及预警平台”。2012年采矿所主持完成的“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；

2013年3月，我所完成的“基于无线传感网络的高可靠性顶板灾害监测系统”被专家鉴定为“国际领先水平”。4.2

顶板与冲击地压监测系统应用工作面支架阻力监测支架状态监测巷道离层监测煤岩应力监测锚杆锚索受力监测巷道变形监测视频监测光纤环网无线通讯系统KJ21系统硬件架构4.2

顶板与冲击地压监测系统应用（1）采用高可靠性溅射薄膜压力传感器，确保监测数据准确性溅射薄膜压力传感器是即在10级超洁净空间中，利用离子束溅射技术，将绝缘材料、电阻材料、焊接材料以分子形式淀积在弹性不锈钢膜片上，再经过光刻、调阻，温度补偿等工序，在弹性不锈钢膜片表面上形成牢固而稳定的惠斯顿电桥。较传统的人工或机器贴应变片式传感器，更耐久，更精确。溅射薄膜压力传感器工艺流程传统应变片式压力传感器工艺流程4.2

顶板与冲击地压监测系统应用系统优势国内顶板监测采用定时采样，间隔1-5分钟，而支架移架全过程约20-120秒，无法准确捕捉移架过程中的关键数据，无法对灾害前的先兆信息预警。对于动力灾害监测，最短数据采集时间达秒级和毫秒级创新设计了“智能型”传感器采样模式：压力每变化0.1MPa（可调）记录一次数据。（2）首次开发了秒级和毫秒级智能采样方式，能够准确监测支架动作全过程。4.2

顶板与冲击地压监测系统应用系统优势（3）系统具有自动上传缓存数据功能，确保监测数据的连续性传感器内部拥有缓存，线路故障后，闪存内至少能够存储15天的监测数据，当系统恢复后，自动上传闪存内的监测数据，确保数据的完整、不间断。4.2

顶板与冲击地压监测系统应用系统优势

秒级、毫秒级智能采样方式对带宽及传输速度要求较高，电缆传输无法满足，开发了基于光纤传输的顶板灾害监测系统，保证了系统数据的可靠、稳定传输。（4）开发了兼容电缆、光纤及无线传输方式的顶板灾害监测系统4.2

顶板与冲击地压监测系统应用系统优势无线传输方式的顶板灾害监测系统4.2

顶板与冲击地压监测系统应用4.2

顶板与冲击地压监测系统应用KJ21A冲击地压多参量过程监测系统KJ21A冲击地压多参量过程监测系统监测效果4.2

顶板与冲击地压监测系统应用

50年的矿压理论研究积累+30年的顶板监测实践经验+软件开发=顶板灾害监测预警7个回采工作面顶板灾害预警指标：支架初撑力、末阻力、安全阀开启率、来压步距、不平衡率、不保压率、地质构造区域。锚杆工作状态9个预警指标：最大值、上限