绿色开采会议冲击地压专家讲座

2011年9月25日天地科技股份有限公司浅埋深回采工作面冲击地压机理及防治研究蓝航博士、高工研究室主任2011绿色开采理论与实践国际研讨会2/3/20232汇报提纲研究背景1监测系统3工作面矿压显现分析4工作面概况2冲击地压发生机理5冲击地压综合防治技术46主要认识及讨论72/3/20233一、研究背景1、冲击地压与开采深度的关系2、发生地点大多数采深在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宽沟矿采深仅300多m，大洪沟矿280m，碱沟矿240m，铁厂沟矿175m煤层冲击最常见，也有顶板和底板冲击掘进及回采巷道冲击远多于工作面冲击，大多为煤层冲击，也有岩爆宽沟矿冲击频繁发生在工作面2/3/202343、机理研究侧重于模型、理论4、实验室研究受到尺度效应的影响冲击地压目前仍是一项世界难题，一定的理论探讨和实验室的实验是非常必要的，但在目前的技术及监测水平下，综合利用现场实测数据和实际表现出的动压现象进行分析不失为一种可行有效的方法，且是最接近实际的一种方法。2/3/20235二、工作面概况2/3/20236“10.8”冲击地压灾害

主要特征：1、埋深浅2、工作面发生2/3/20237研究意义1、“10.8”

冲击地压灾害是新疆首例；2、表现特征较特殊；3、发生机理不太清楚。

当前我国煤矿开采深度日益增大，动力灾害日趋频繁，对深部条件下的动力灾害研究正成为热点。但在新疆等西部省区，开采深部普遍较低的背景下，已有多个矿在浅埋深条件下发生了冲击地压。因此，对这种浅埋深回采工作面发生的冲击地压不容忽视。2/3/20238技术路线

实验、监测数据及现场矿压显现分析冲击地压机理优化冲击地压防治方法及参数开展煤、岩力学性质及地应力测试建立冲击地压监测技术多种措施解危后进行试验推进2/3/20239煤岩力学及地应力测试结果

项目样别单向抗压强度/MPa单向抗拉强度/MPa弹性模量/GPa泊松比凝聚力/MPa内摩擦角/°强度公式1-1B4-1煤117.581.784.090.193.8137.49τ=3.81+σtg37.49°225.982.6310.400.37327.762.206.620.23平均值23.772.217.040.261-2B4-1煤134.231.8210.140.31234.391.854.900.33332.881.808.760.37平均值33.831.837.930.342-1B4-2煤18.092.273.140.127.0830.10τ=7.08+σtg30.10°212.871.783.470.18318.012.103.700.23平均值12.992.083.440.182-2B4-2煤1/1.892.30.102/1.82.420.173/1.882.400.32平均值/1.852.360.24煤层力学性质2/3/202310项目样别抗压强度/MPa抗拉强度/MPa弹模/GPa泊松比凝聚力/MPa内摩擦角/°强度公式3-2B4-1煤粗砂岩顶板155.364.0333.730.0621.6329.98τ=21.63+σtg29.98°279.524.9317.900.29368.014.5126.110.19平均67.444.4825.820.184-2B4-1煤粉砂岩顶板181.298.9622.700.2317.3030.22τ=17.30+σtg30.22°267.754.8217.430.20375.235.9918.370.21平均74.526.8920.070.225-2B4-1煤细砂岩底板135.743.0323.310.2021.3828.86τ=21.38+σtg28.86°248.863.2044.810.21343.233.1835.110.21平均42.33.1734.060.216-2B4-2煤粗砂岩顶板1104.014.8651.960.2623.2829.02τ=23.28+σtg29.02°2101.295.4645.670.213103.105.1048.100.24平均102.655.1648.820.2357-2B4-2煤细砂岩顶板156.875.2313.740.4325.6226.77τ=25.62+σtg26.77°268.224.3542.850.26385.907.57119.110.144/7.92//5/8.07//平均70.336.6358.570.288-2B4-2煤粉砂岩顶板131.962.5620.110.0216.2231.74τ=16.22+σtg31.74°235.82.122.210.03334.202.3522.350.02平均33.882.3321.160.025岩层力学性质2/3/202311样别项目动态破坏时间DT/ms冲击能量指数/KE弹性能量指数/WET单轴抗压强度/UCS备注B4-1煤

1412.683.5517.58取自W1143工作面2810.1711.6925.98333.963.4427.764234.184.3733.835262.809.96/平均值136.766.6026.29冲击倾向性判定结果强冲击倾向性强冲击倾向性强冲击倾向性强冲击倾向性B4-2煤154.285.378.09取自W1143上、下顺槽2273.144.8912.873203.163.7518.01482.746.79/5191.542.52/平均值15.82.974.6712.99冲击倾向性判定结果强冲击倾向性弱冲击倾向性弱冲击倾向性弱冲击倾向性B4-2煤1116.683.028.09取自W1143上、下顺槽2301.945.3712.873433.163.0218.014573.874.07/5755.564.87/平均值434.244.0712.99冲击倾向性判定结果强冲击倾向性弱冲击倾向性弱冲击倾向性弱冲击倾向性煤层冲击倾向性2/3/202312项目样别载荷/MPa弹性模量/GPa抗拉强度/MPa弯曲能量指数/kJB4-1煤顶板粗砂岩直接顶0.5534.534.6552.75粉砂岩基本顶0.1520.086.2548.38合计///101.13冲击倾向性弱冲击B4-2煤顶板粗砂岩直接顶0.1034.534.657.32细砂岩基本顶0.1258.576.6313.11粉砂岩基本顶0.5420.086.25328.06合计///348.49冲击倾向性强冲击B4-1煤底板细砂岩底板0.4134.063.031.14合计///1.14冲击倾向性无冲击岩层冲击倾向性2/3/202313地应力测试原理：空芯包体应力解除法仪器：KX-81型空芯包体式三轴地应力计

2/3/202314钻孔编号测点位置主应力类别主应力值/MPa方位角/°倾角/°11255单轨巷道最大主应力б113.2184.83.4中间主应力б26.542.685.7最小主应力б35.595.0-2.721255单轨巷道最大主应力б112.8183.1-9.9中间主应力б27.543.6-77.0最小主应力б36.894.58.331255单轨巷道最大主应力б113.9183.7-9.73中间主应力б28.147.62-76.61最小主应力б37.3795.279.11地应力测试结果2/3/202315三、监测系统建立监测体系的必要性和原则对冲击地压进行有效防治的前提是必须弄清冲击地压的危险区域和危险时期。冲击地压众多监测手段各自的监测对象和监测范围不尽相同，必须根据每种监测手段的特点建立冲击地压监测体系，形成点、面和空间范围相结合的全方位监测体系，这样才能有效识别冲击地压危险源，从而有针对性地采取防治措施。2/3/202316

第1米第2米第3米第4米第5米第6米第7米第8米第9米第10米每米钻屑量/kg1.661.731.792.021.922.01.992.181.842.17分段平均钻屑量(kg/m)1.802.01临界煤粉指数1.1251.5临界钻屑量(kg/m)2.033.02平均值(kg/m)2.52钻屑法监测2/3/202317支架压力监测在W1143工作面下部安装4台支架压力记录仪，分别位于5#、15#、25#和35#支架处。支架压力直接反映顶板状态2/3/202318降架移架升架采煤机割煤

压力每变化0.1MPa（可调）记录一次数据，最短1s记录一次数据，可准确记录支架降、移、升全过程。分析支架初撑力、末阻力、推进度、来压步距。安全阀开启来压前来压后2/3/202319切顶线在支架顶梁后方附近切顶线在煤壁附近后柱前柱加权工作阻力KN后柱前柱加权工作阻力KN切顶线在采空区后方后柱前柱加权工作阻力KN2/3/202320微震监测2/3/202321微震监测探头布置2/3/202322试验推进阶段的防治措施巷道超前预裂顶板；

煤体爆破卸压；卸压硐室；

工作面底煤处理；

全断面切顶；

上下端头切顶；

顶板注水；

煤体注水；

2/3/202323四、W1143工作面冲击地压机理3月13日矿压显现分析2011年3月13日中班，作业人员进入工作面接班后，采煤机司机将停在33#支架处的采煤机开启空刀下行到机头，正式割煤进刀，下部三角煤割完后，采煤机空刀上行，当采煤机上行到9#至17#支架时，突然发生一声巨响，底板震动、作业人员被弹起，电缆从电缆槽内抛出、一根调整支撑刮板输送机的单体从底板抛起落到电缆槽上，在17#至26#支架段工作面煤壁上部煤体冲出，发生片帮、扬起大量的粉尘，底鼓严重，煤壁冲击抛出煤体有数十吨，大部分被抛到刮板输送机上、少量被抛到支架中间。此次矿压显现的原因，是在采煤机完成斜切进刀并在割完下部三角煤上行至工作面16#支架至28#支架之间时，由于支架没及时前移，空顶距过大，造成顶板下沉的压力没被支架承担，而转移到工作面煤壁前方，造成煤壁应力集中，加上此时处于工作面来压的特殊时期，更加剧了煤壁应力集中程度，在煤体自身强冲击倾向性的诱导下，形成了此次矿压显现。2/3/202324246月12日矿压显现分析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14～20#架间。2/3/2023252/3/202326微震监测覆岩活动规律2/3/202327能量<104J104J<能量<105J105J<能量2/3/202328工作面矿压显现规律支架初撑力分布35#支架25#支架15#支架2/3/202329支架工作阻力分布35#支架25#支架15#支架2/3/202330支架循环末阻力分布35#支架25#支架15#支架2/3/2023312/3/20232/3/2023推进速度与微震能量及频次的关系2/3/2023322/3/202332冲击地压机理

宽沟煤矿工作面动力灾害的最主要致灾因素是B4-1煤层顶板及其上的坚硬厚层覆岩，宽沟煤矿工作面动力灾害类型为顶板型冲击地压。推进速度过快煤体应力高度集中，积聚大量弹性能强冲击倾向性煤体坚硬顶板悬顶动载冲击地压33冲击地压防治原则主