煤矿顶板灾害现状及控制技术-夏永学26日.pptx

煤矿顶板灾害现状及防治技术,,夏永学,天地科技股份有限公司开采设计事业部煤炭科学研究总院开采研究分院,提纲,,“十二五”期间全国煤矿事故按类别统计,一、煤矿顶板灾害现状,从顶板事故总量来看，从2002年呈现明显的下降趋势，由2002年最高的2364起降至2014年的196起，减少2168起，降幅达91.7；从顶板事故死亡人数看，由2002年的2766人下降到2014年的292人，减少2474人，降幅达89.44,由历年顶板事故所占比重来看，顶板事故发生起数和死亡人数基本呈现先升高后降低的态势。在2006年两者达到最高值，顶板事故发生起数和死亡人数分别占到总事故起数和死亡人数的55.4和40.1，而后逐年降低。但顶板事故的发生起数和死亡人数下降速度要缓于瓦斯等易造成群死群伤等灾害,20002014年全国煤矿顶板事故总量分析,一、煤矿顶板灾害现状,较大顶板事故起数和死亡人数基本呈逐年下降的趋势，但进入2011年后，降幅明显减缓，较大顶板事故起数在815起之间徘徊，死亡人数在2013年时降到最低的30人，而2014年反弹至70人，增幅高达233较大顶板事故及死亡人数占比逐年上升，2014年达到最高值，说明死亡3人以上的较大顶板事故对煤矿安全生产的威胁依然较大,20002014年较大顶板事故分析,一、煤矿顶板灾害现状,重大以上顶板事故起数保持在02起之间，死亡人数由2000年2009年平均13人下降至2010后的11人，远低于重大以上事故由993人降至319人的下降幅度。,20002014年重大顶板事故分析,一、煤矿顶板灾害现状,,,,一般顶板事故起数及死亡人数平均占事故总量比例为97及90.2；较大顶板事故起数及死亡人数平均占事故总量比例为2.9及9.1；重大以上顶板事故起数及死亡人数平均占事故总量比例为0.1及0.7。,顶板事故起数按级别分析,顶板事故死亡人数按级别分析,20002015年顶板事故级别分析,一、煤矿顶板灾害现状,顶板事故与煤矿机械化水平的关系,,,,,一、煤矿顶板灾害现状,顶板事故与淘汰落后产能的关系,,,,一、煤矿顶板灾害现状,顶板事故总体特征分析,,,,我国顶板事故总量呈逐年下降趋势，死亡人数下降趋势低于发生起数；顶板事故占事故总量的比重依然较大，一直居于首位；顶板事故以一般事故为主，但冲击地压往往容易造成重大人员伤亡；煤矿机械化程度与顶板事故发生几率基本呈负相关的关系。,一、煤矿顶板灾害现状,,,,20122015年较大顶板事故致因统计分析,,,,一、煤矿顶板灾害现状,,,,20122015年较大顶板事故矿井统计分析,,,,一、煤矿顶板灾害现状,,,,顶板灾害典型矿区,,鄂尔多斯、神木地区浅埋煤层高强度开采近距离煤层下行开采,山西大同地区厚层坚硬顶板强矿压显现,,,,,山东新泰、济宁深井巷道围岩控制充填开采,山东龙口地区海域回采软岩巷道掘进,山西长治地区松软煤层破碎顶板,,安徽淮南地区复合顶板深井软岩巷道控制,,,重庆地区大倾角、急倾斜，薄煤层工作面,,河南郑州、义马“三软”煤层大倾角工作面坚硬顶板,,贵州六盘水地区软岩巷道支护近距离煤层开采,,江西丰城、萍乡破碎顶板复杂地质构造,,黑龙江双鸭山、牡丹江、辽宁阜新较大顶板事故多发深部开采强矿压,,新疆乌鲁木齐巨厚煤层、急倾斜厚煤层,,一、煤矿顶板灾害现状,顶板事故特征,,发生冒顶事故的顶板类型往往是较软破碎或不稳定顶板；坚硬顶板则易发生冲击地压等动力灾害事故。,在采煤工作面顶板事故中，采用单体支柱的炮采或机采工作面顶板事故发生几率远大于综采工作面,地质构造如断层、褶曲、无炭柱等形成构造应力集中区，容易发生冒顶和冲击地压事故。,中小煤矿是顶板事故高发的重灾区，近年来东北、西南各省较大顶板事故呈现多发态势,一、煤矿顶板灾害现状,以山东地区顶板事故统计为模板，按矿区对顶板事故进行分类，分别针对事故发生的地点、所在煤层、埋藏深度、顶板类型、事故原因对顶板事故进行分类研究。,,,,山东省顶板灾害情况,2008年-2016年，山东省发生煤矿顶板事故37起，死亡58人，其中滕枣矿区发生事故起数和死亡人数最多，分别占事故总量的24.32和31.03，龙口矿区和肥城矿井没有发生顶板事故，其他矿区事故发生起数和死亡人数基本相当。,一、煤矿顶板灾害现状,山东省各矿区顶板事故分布图,,,,顶板事故发生地点主要集中在采煤工作面和顺槽，共发生12起，其次为掘进工作面4起；3号煤层发生顶板事故起数最多，共发生12起，分布在兖州、济宁、巨野、滕枣矿区，其次为16煤发生3起顶板事故，均位于兖州矿区；顶板事故主要集中在埋深大于800m的深部采区，共发生10起，其次为埋深200500m的较浅区域，共发生6起。,一、煤矿顶板灾害现状,,,,从顶板条件来看，泥岩、砂岩顶板事故最多，共发生12起，其次为坚硬顶板事故8起，主要位于兖州、济宁、新汶矿区，石灰岩顶板主要位于13煤、16上煤、16煤、17煤，发生5起顶板事故；工人违章作业、工作面或巷道布置设计不合理是导致顶板事故发生的主要原因；中小煤矿顶板事故居多，共发生顶板事故26起，死亡44人，占事故总量的72.2和74.6。发生事故矿井23座，目前已关闭7座，剩余16座，事故矿井占山东省中小煤矿总量的14.7。,一、煤矿顶板灾害现状,山东省顶板事故呈现多地区、多煤层分布特点，除滕枣矿区、新汶矿区相对集中外，其他矿区零散分布。煤矿顶板事故多集中在石炭-二叠纪煤层，事故起数33起，死亡53人，侏罗纪和古近纪少有分布，事故起数4起，死亡5人。事故类型除冲击地压外均为局部漏冒型顶板事故，采煤工作面顶板事故最多。事故的主要原因包括人员违章作业、冲击地压、开拓布置及支护参数设计不合理、遇地质构造带等。,,,,山东省顶板事故总体特征,一、煤矿顶板灾害现状,提纲,冲击地压是在煤矿井巷或回采工作面周围的煤岩体由于弹性能的瞬时释放而产生的突然、剧烈破坏的现象。是一种特殊的顶板灾害事故。,强矿压导致的巷道变形,冲击地压导致的巷道变形,二、煤矿冲击地压灾害现状,发生现状17个省份、近300个矿井；数量少，但增长速度快不同煤种包括褐煤（平庄）的所有煤种不同煤厚薄（七台河）、中厚、厚、巨厚（20m）不同角度0-89不同埋深最浅157m（神新乌东）不同阶段建设矿井（陕西、内蒙局部）、生产矿井不同时期回采时期、掘进时期、回采后不同区域采场、回采面超前影响区、掘进面影响区,二、煤矿冲击地压灾害现状,冲击前,轻度破坏区,重度破坏区,完全闭合区,印度某金矿,美国LuckyFriday金属矿采场中发生的岩爆（震级3.6-4.2）,冲击地压的危害,冲击地压的危害之一巨大的破坏力（金属矿）,二、煤矿冲击地压灾害现状,冲击地压的危害之一巨大的破坏力（煤矿）,二、煤矿冲击地压灾害现状,冲击地压的之二危害巨大的人员伤亡,二、煤矿冲击地压灾害现状,最严重的冲击地压事故1960年1月20日，南非CoalbrockNorth煤矿,432人死亡；2003年5月13日，芦岭煤矿，冲击地压诱发瓦斯爆炸，84人死亡；2004年6月6日，北京木城涧煤矿冲击地压，12人死亡；2004年9月12日，鹤岗峻德煤矿冲击地压，8人死亡；2005年2月14日，辽宁阜新孙家湾煤矿，冲击地压诱发的瓦斯突出，214人死亡，30人受伤；2008年6月5日，义煤集团千秋煤矿冲击地压，13人死亡、11人受伤；2011年11月3日，义煤集团千秋煤矿冲击地压，10人死亡，64人受伤；2012年11月17日，山东朝阳煤矿冲击地压，6人死亡；2013年1月12日，阜新矿业集团五龙煤矿冲击地压，8人死亡；2013年3月15日，鹤岗峻德煤矿冲击地压，5人死亡；2014年3月27日，义煤集团千秋煤矿冲击地压，6人死亡；2015年5月26日艾友煤矿发生冲击地压，4人死亡，3人受伤；2015年7月29日，赵楼煤矿发生一起冲击地压事故，5人受伤；2015年12月22日，耿村煤矿发生冲击地压事故，2人死亡；2016年7月22日，东保卫煤矿发生冲击地压事故，2人死亡2017年1月17日，担水沟冲击地压引发顶板事故（10人死亡）；2017年11月11日，辽宁沈阳红阳三矿冲击地压事故（10人死亡）；2018年10月20日，山东龙郓煤业冲击地压事故（21人死亡）；2019年6月9日，吉林龙家堡煤矿发生冲击地压事故（9人死亡）；2019年8月2日。河北唐山煤矿发生冲击地压事故（7人死亡）。,2003年，芦岭煤矿“5.13”瓦斯爆炸事故，冲击地压诱发造成，84人死亡。2005年，孙家湾煤矿“2.14”特大瓦斯爆炸事故，冲击地压诱发引起，214人死亡。,,突出位置,冲击地压诱发瓦斯突出灾害,二、煤矿冲击地压灾害现状,2007年8月6日，美国尤它州，克兰德尔峡谷煤矿发生冲击地压事故，震级3.9，造成6人死亡。8月16日救援过程中，又发生冲击地压，造成3人死亡，6人受伤。,二、煤矿冲击地压灾害现状,2014年4月16日，澳大利亚澳星煤矿发生冲击地压事故，2名矿工被埋死亡。,二、煤矿冲击地压灾害现状,2016年2月25日俄罗斯科米共和国北方煤矿780m深处发生冲击地压事故，共造成36人死亡，其中包括28日救援过程中，矿井又发生瓦斯爆炸，造成5名救援人员和1名矿工遇难。,二、煤矿冲击地压灾害现状,德国鲁尔矿区发生的一次ML4.2矿震震害,1994年5月19日，北京矿务局门头沟煤矿发生的ML4.2矿震，致使5318间民房受损，直接经济损失300余万元。北票台吉煤矿1977年4月28日发生的ML4.3矿震，是迄今为止我国记录到的最大一次矿震，极震区2km2，烈度Ⅶ度，有504户1164间民房受到不同程度破坏，地面上有12人受伤，台吉矿部分工业建筑遭受不同程度破坏。,冲击地压的危害之三对地表的影响,二、煤矿冲击地压灾害现状,提纲,煤矿顶板管理调研工作进展,根据总结近年来顶板事故的发生规律及事故分类特征，对顶板事故高发的几种特殊类型的顶板条件开展现场调研工作。（1）2016年6月对内蒙古鄂尔多斯、陕西神木地区大柳塔、榆家梁、补连塔、石圪台、上湾、大地精、红柳林等煤矿进行调研，调研重点浅埋煤层大采高开采、近距离煤层下行开采等顶板管理现状及存在的问题。（2）2016年7月对山东地区新矿集团、肥矿集团、淄矿集团、龙矿集团下属多家煤矿进行调研，调研重点深部开采工作面、充填开采工作面、海域回采工作面、软岩巷道掘进等顶板管理现状。（3）2016年8月对山西同煤集团、安徽淮南矿业集团下属多家煤炭企业进行调研，调研重点坚硬顶板、复合顶板等条件顶板管理现状及存在问题。（4）2018年4月对陕西、内蒙、新疆等深部矿区进行冲击地压灾害调研工作，重点调研西部矿区冲击地压灾害现状及特点。,三、煤矿顶板管理现状调研分析,,,蒙陕地区顶板管理存在的问题,问题一浅埋厚煤层大采高开采强来压，煤壁炸帮、冒顶严重该地区大采高工作面大多存在大小周期来压现象，顶板呈现台阶下沉、矿压显现明显、来压持续时间长，大周期来压期间安全阀频繁开启，活柱下缩量500-800mm，来压持续时间平均4-6m。工作面片帮炸帮严重，片帮深度200500mm，部分大采高工作面冒顶严重，最大冒落高度10m。,三、煤矿顶板管理现状调研分析,内蒙古鄂尔多斯地区顶板管理存在的问题,问题二压架事故多发该地区近距离煤层赋存较多，回采的下层煤位于上层采空区和集中煤柱下方，在工作面过集中煤柱时易发生切顶压架事故。工作面回撤期间，临近回撤通道时，易发生压架。工作面过老空巷时，由于原有巷道支护强度较低，受采动影响易发生严重变形，当工作面支架支护强度不足时容易发生压架事故。,回撤期间切顶压架,,,三、煤矿顶板管理现状调研分析,内蒙古鄂尔多斯地区顶板管理存在的问题,问题三深部矿区冲击地压灾害日趋严重巷道在回采过程中存在严重冲击现象，如红庆河、门克庆、巴彦高勒等十多个千万吨高产高效矿井，已发生多次冲击地压，特别是辅助运输巷，主要表现为巷道变形量较大、底鼓严重、锚杆（索）断裂、超前支护单体折弯等现象。,三、煤矿顶板管理现状调研分析,顶板问题现场解决方案,近距离煤层防压架技术措施①优化工作面布置方式。②采用矿压观测、微震监测、岩层内部位移监测、集中煤柱爆破等综合技术手段。,回撤期间压架防治手段①工作面末采贯通前60m合理调整推进速度，采取卸压等措施，确保贯通后，不在压力范围内。②追机擦顶移架，及时超前拉架，减小空顶面积。,防片帮冒顶技术措施①提高支架初撑力和支护强度，减小活柱下缩量。②保证工作面沿底控顶，跟机移架，及时护帮。,深部开采冲击地压防治①优化开采布局-建立监测体系-采取综合卸压手段-安全管理②机理不清、技术力量欠缺、灾害防治难度大。,三、煤矿顶板管理现状调研分析,山东省顶板管理存在的问题,问题一深部采区开拓巷道支护问题深部巷道支护困难，巷道整体变形居多，随着开采深度的增加，支护难度加大，当埋深接近和超过1000m时，地应力增大，巷道支护困难，回采巷道超前段及端头维护难度较大。冲击地压矿井数量众多，灾害严重，孙村煤矿2222断西运输巷综掘工作面埋深970-1030m，2012年3月16日曾发生冲击地压事故，导致2人死亡。星村煤矿于2013年8月5日也发生过类似事故，造成四人受伤。,开采水平超过800m的矿井主要位于济宁嘉祥县（巨野矿区）、济宁市任城区（济宁矿区）、曲阜市（兖州矿区）、新泰市（新汶矿区）。,三、煤矿顶板管理现状调研分析,山东省顶板管理存在的问题,问题二“三软”煤层巷道支护问题“三软”煤层巷道围岩呈现整体变形，且变形量大，返修工作量大，支护成本高，掘进速度慢。菏泽单县陈蛮庄煤矿回采3煤，属大倾角“三软”煤层，顶板为脆性粉砂岩，易风化崩解，煤层硬度仅0.18m，巷道维护困难，超前巷道维护难度极大。采煤工作面煤壁易片帮冒顶，对回采影响较大。龙矿集团北皂煤矿和梁家煤矿回采1煤、2煤、4煤，由于成煤年代较新，为新生代下第三系褐煤。煤层顶底板以泥岩为主，遇水膨胀，以整体变形为主，没有离层。巷道围岩自稳期短、压力显现快、塑性变形大持续时间长，同时围岩极具强膨胀性、扰动性、崩解性、流变性的特点，2煤巷道掘进迎头易冒顶，冒顶高度1820m（直至1煤），回采巷道变形量极大。,三、煤矿顶板管理现状调研分析,梁家煤矿曾采用U型钢支护回采巷道，但巷道变形仍然较大，回采巷道6080需重新翻修才能正常使用,北皂煤矿海域采区围岩强度是陆采区的1/3，维护极其困难。原先仅采用U型钢支护，但巷道破坏严重,,,三、煤矿顶板管理现状调研分析,山东省顶板管理存在的问题,问题三坚硬顶板条件煤层存在动载现象孙村煤矿4煤三采区3423工作面埋深1250m，顶板为十余米厚砂岩，属坚硬顶板，巷道以两帮移近和底鼓为主，表现为动载变形。肥城地区曹庄煤矿、白庄煤矿回采的8煤直接顶板为石灰岩，厚度平均5.5m，f8，裂隙不发育，属于坚硬顶板，悬顶面积较大，不仅给支架支护造成困难，更会引起底板破坏，导致8层煤底板水涌入工作面。,兖州矿区、新汶矿区、藤枣矿区多座煤矿存在坚硬顶板问题，并因此发生多起顶板事故，造成15人死亡,三、煤矿顶板管理现状调研分析,顶板问题现场解决方案,深井巷道加强支护技术①注浆锚索加固技术。孙村煤矿对现有注浆锚索进行改进，并合作加工，降低成本，该注浆锚索采用向上张紧装置，在注浆完成后推动推管挤压止浆塞停止注浆，安装方式与普通注浆锚索一样。②高强锚杆锚索支护技术。唐口煤矿与科研院所合作，开发研究223000高强锚杆配合19芯21.88200左旋预应力锚索线对深井巷道进行支护，巷道变形量明显降低，满足了巷道支护要求。,深井回采巷道超前支护技术为了解决深井巷道超前变形严重的问题，新巨龙煤矿自主研发了单元式墩柱超前支架，降低单体支柱的反复支撑对顶板的破坏。,三、煤矿顶板管理现状调研分析,顶板问题现场解决方案,高分子材料注浆加固技术高分子材料注浆加固技术在梁宝寺、陈蛮庄、新巨龙等煤矿应用较多，该材料可以快速充填空洞，具有较强的胶结能力，在工作面冒顶处理、过地质构造破碎带超前加固等领域应用广泛。,深孔爆破技术肥矿集团老区煤矿回采的8号煤层为坚硬顶板，初采期间强制放顶，采用深孔爆破方式处理坚硬顶板，孔深20m，封孔方式快速水泥药卷封孔，封孔距离0.5m，封孔速度快，爆破效果好，无冲孔现象。,三、煤矿顶板管理现状调研分析,北皂煤矿海域回采巷道在原有U型钢支护的基础上进行改进，采用U36封闭钢棚壁后充填砼支护技术，壁厚浇筑250300mm混凝土，U型钢为柔性支护，在巷道围岩变形应力较大时能够起到让压作用。,三软煤层巷道支护技术,梁家煤矿采用锚网喷锚梁高强锚索注浆锚杆的联合支护方式一次支护为锚网喷锚梁；二次支护为高强锚索与注浆锚杆联合支护，由于围岩遇水膨胀，该矿研究了低水灰比的注浆技术,,,三、煤矿顶板管理现状调研分析,山西大同地区顶板管理存在的问题,问题二整合矿井4采空区煤柱及悬顶问题部分整合矿井，原矿井主采4煤层，而且开采方式多数为巷道式回采，因而造成上覆4煤层存在大量的“分散式”采空区和不规则煤柱。4＃煤层顶板整体比较坚硬、完整，形成一定范围内悬空，给距下方25m的5-1煤回采带来重大顶板安全隐患。,问题一坚硬顶板大面积悬顶问题大同地区煤层顶板为粗砂岩、炭质泥岩、中砂岩，偶见砾岩、含砾砂岩、泥岩，顶板比较坚硬、完整，初采期间顶板形成大面积悬空，给回采工作造成重大安全隐患。,三、煤矿顶板管理现状调研分析,山西大同地区顶板管理存在的问题,问题三临空顺槽受二次采动影响的围岩控制问题由于相邻采空区靠近区段煤柱一侧顶板悬吊范围较大，造成临空顺槽巷道维护困难，尤其在本工作面回采过程中，巷道围岩受本工作面超前支承压力和相邻工作面采后侧向支承压力叠加作用，超前支护范围内巷道出现闷响，钢带折断，锚杆失效，底鼓明显，巷道变形大，严重制约了工作面的正常开采。,三、煤矿顶板管理现状调研分析,顶板问题现场解决方案,W钢带和让压锚杆等新型材料的应用与矿用工字钢相比，JW钢带的护表面积增加了6倍，重量减轻1/4，抗弯强度为现用工字钢的8倍，且更易在不平整顶板条件下使用，同时减轻工人的劳动强度。在巷道围岩破碎条件下，将顶板支护全部调整为JW锚索钢带锚索的支护，有效控制了巷道的变形，钢带撕裂现象明显减少。在锚杆（索）上安装让压管，防止锚杆（索）破断，促使锚杆、锚索共同受力。,三、煤矿顶板管理现状调研分析,顶板问题现场解决方案,水压致裂技术在工作面初采期间，通过开展水压致裂，工作面初次来压步距由原来的60米降低到40米左右，来压强度明显降低，提高了顶煤回采率，还有效遏制了初采顶煤垮落的瓦斯超限。在采掘交锋时，通过在掘进工作面向回采工作面水压预裂，预裂上方K3砂岩层，致裂后在砂岩层形成裂缝，压力得到释放，对巷道起到保护作用，有效减弱了相邻工作面采动对掘进巷道的影响。,三、煤矿顶板管理现状调研分析,提纲,第五章冲击地压防治第一节一般规定第二节冲击危险性预测第三节区域与局部防冲措施第四节冲击地压安全防护措施,原规程第一章第六节冲击地压煤层开采第八十条至第九十条新规程第五章冲击地压防治第二百二十五条至第二百四十五条已发布,四、安全规程对冲击地压防治的要求,新规程的要点1增加了冲击地压煤层、冲击地压矿井的定义；2增加了需做冲击倾向性鉴定的条件；3增加了冲击危险性评价要求；4确定了“区域先行、局部跟进”的防冲原则；5确定了冲击危险性评价与预测、监测预警、防范治理、效果检验、安全防护“五位一体”的综合防治体系；6明确了防冲设计的具体内容；7增加了冲击地压矿井进行矿井生产能力核定的要求；8确定了区域监测和局部监测及预警的技术方法；9增加了冲击地压矿井开拓方式、采掘布置等区域防冲措施要求；10增加了冲击地压煤层采煤方法与工艺要求；11增加了冲击地压安全防护措施要求。,四、安全规程对冲击地压防治的要求,冲击地压发生出现的新特点,冲击地压发生的临界开采深度越来越浅传统的认识是深部开采发生冲击地压，而近几年新疆、平庄、华亭等矿区打破这一认识。高瓦斯软煤层开采冲击地压发生屯留矿f系数为0.78。褐煤种发生冲击地压原有的教科书里称除了褐煤，其他煤种都会发生冲击地压，而平庄矿区就是褐煤。新矿井建设期间开拓大巷冲击地压发生原有的认识认为只有充分采动或进入深部的生产矿井才会发生冲击地压。,,规律性认识不断被刷新，理性认识，精细化研究势在必行,冲击地压规程、标准执行理论基础,分别以“冲击地压”、“冲击矿压”为关键词，对近10年间的科技文献进行检索，共检索了367篇，分析了87个矿井冲击地压发生地域，主要影响因素。,冲击启动载荷源的统计分类,以上都是外围因素，虽然复杂多变，但最终都得归结于为冲击启动提供载荷源,（集中静载荷或集中动载荷）,冲击地压规程、标准执行理论基础,（1）集中动载荷型冲击地压启动能量判据,,采场冲击地压启动的能量判据为,,集中动载荷型冲击地压发生力学模型,顶板断裂动载荷Ed对应力峰值区X0的扰动,X0处煤体破坏所需最小能量EC,煤壁应力峰值点积聚弹性能计算为,冲击地压启动的两种类型,,神华新疆宽沟矿,巷道围岩形变势能的集聚取决于该位置主应力大小。,,,,全煤巷道冲击地压启动的能量判据为,XΩ0处煤体破坏所需最小能量EC,主应力最大区，弹性势能最大，越容易失稳，XΩ0为冲击启动区。,,,,,冲击地压启动的两种类型,（2）集中静载荷型冲击地压启动能量判据,集中静载荷型冲击地压发生力学模型,,,义马矿区千秋矿,,3冲击启动区为应力极限平衡区，冲击启动的能量判据为。,55,冲击地压启动理论,,,冲击地压启动理论,1冲击地压发生是一个动力学过程，依次经历冲击启动-冲击能量传递-冲击地压显现三个阶段；,2采动围岩近场集中静载荷的积聚是冲击启动的内因，远场集中动载荷对静载荷的扰动、加载是冲击启动的外因；,2020/12/2,56,,案例1新疆矿区（埋深317m），单巷布置型,集中动载荷型冲击地压发生原理,底板被震裂,集中动载荷型冲击地压发生原理,案例2高瓦斯双巷布置时滞性型冲击地压（600m）,详见“宽煤柱外U留巷褶曲带集中动载荷型冲击地压机理”[J].采矿与安全工程学报，2016。,2020/12/2,60,集中静载荷型冲击地压发生原理,案例1义马深部特厚煤层实体煤巷道（780m）,案例2浅部集中静载荷型冲击地压（埋深371m）,,,,冲击灾害发生巷道,,,,,,远场集中动载荷源监测结果,围岩主应力分布图,冲击发生段应力实测图,冲击地压防治研究主要分为三个层次第一层次，为井田区域防范性研究包括了合理开拓布置、开采方法等；第二层次，为采掘空间局部解危性研究包括了煤体卸压爆破、顶底板预裂爆破、大孔径卸压等；第三层次，为个体防护性研究包括了采掘空间强力支护，人员防护服的穿戴等。,冲击地压规程、标准执行理论基础,针对井田范围集中静载荷的迁移，集中，不能通过爆破卸压等手段来干扰，也不能采取手段来堵，最为有效的方法就是“疏导”，即通过优化开采布置，疏通集中的高应力或避免高应力集中区形成。,将局部的采掘空间冲击地压发生的条件联系到井田范围来讲，井田区域范围的开采与后期局部冲击地压启动所需要的集中静载荷形成密切相关。,冲击地压区域防范的集中静载荷“疏导”理念,冲击地压规程、标准执行理论基础,区域防范和优化设计的理论与方法,冲击地压煤层鉴定,基于地应力的开拓布置,冲击地压煤层合理采法,冲击煤层无煤柱护巷,煤层群保护层开采,同层煤顺序开采,区域集中静载荷“疏导”理念与技术体系,,,,,,,,基于冲击启动理论的区域防范冲击地压成套技术,,基于冲击启动理论的区部防治冲击地压成套技术,冲击地压启动理论与成套应用技术专著,区域防范和优化设计的理论与方法,局部冲击地压主动解危的理论基础与方法,冲击地压煤层鉴定,基于地应力的开拓布置,冲击地压煤层合理采法,冲击煤层无煤柱护巷,煤层群保护层开采,同层煤合理开采顺序,,,,,,,,,,,,,以“卸”为主，以“支”为辅，“卸、支”耦合,,,,,,,,,,,,区域集中静载荷“疏导”理念与方法体系,,冲击启动理论,开采前,开采中,系统内集中静载荷,系统外集中动载荷,,,,,耦合结构控制,逐一消“源”法,,,,,,,,建立理论与成套技术体系,岩石力学方法监测,地球物理方法监测,,,,70,冲击地压启动理论与成套技术专著,序前言目录第一篇绪论第1章冲击地压概述第2章国内外研究现状第二篇冲击地压物理演化过程剖析第3章冲击地压发生的影响因素第4章冲击地压“三阶段”物理演化过程第三篇冲击地压的冲击启动理论第5章冲击启动的材料结构动力失稳机理第6章冲击启动的类型与载荷判据第四篇冲击地压的冲击危险性预评价技术第7章冲击危险性的宏观评判第8章冲击危险区域与危险时段计算机动态仿真第9章基于集中静载荷探测的地震CT原位评价技术第五篇冲击启动载荷源分源实时监测预警技术第10章监测预警冲击地压的理论基础第11章大范围集中动载荷微震监测技术第12章局部区域集中动载荷地音监测技术第13章集中静载荷在线监测技术第14章冲击地压分源权重综合监测预警系统第六篇诱发冲击启动载荷源综合治理技术第15章区域防范冲击地压的理论与技术第16章局部防治的采动围岩近场集中静载荷卸压第17章局部防治的采动围岩远场集中动载荷源消源第18章局部防治的采掘空间强力支护防冲降灾方法第七篇基于冲击启动理论的冲击地压防治实践第19章局部防治冲击地压的理论与技术体系第20章集中静载荷型冲击地压防治实践第21章集中动载荷型冲击地压防治实践第22章冲击地压科学防治理论与技术体系第23章冲击地压研究展望参考文献,提纲,五、顶板技术规定的应用要点,第一百零一条采煤工作面必须及时支护，严禁空顶作业。,第一百零四条严格执行敲帮问顶及围岩观测制度。开工前，班组长必须对工作面安全情况进行全面检查,确认无危险后,方准人员进入工作面。,走向剖面,倾向剖面,,,,,长壁工作面初采期间顶板大面积垮落顶板较硬，整体性好，裂隙不发育，悬顶面积较大时，突然垮落。（工作面长度200m*初次来压步距60m*0.89600m2）,,,,,,,,,,,,,,第一百零五条采煤工作面用垮落法管理顶板时,必须及时放顶.顶板不垮落、悬顶距离超过作业规程规定的,必须停止采煤,采取人工强制放顶或者其他措施进行处理.,五、顶板技术规定的应用要点,长壁工作面正常回采顶板大面积垮落来压断裂位置煤壁处支架压死、损坏、暴风断裂位置切顶线支架尾梁、四连杆损坏、推移杆损坏、暴风,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,坚硬顶板大面积垮落来压示意图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,断裂线在切顶线后,断裂线在煤壁处,五、顶板技术规定的应用要点,长壁工作面大面积来压（非坚硬顶板）顶板从煤壁切落，造成工作面压架，有时损坏支架，影响工作面正常生产。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图切顶发生在煤壁处,图切顶发生在切顶线,切顶位置,切顶位置,,,,图切顶沟通地表,五、顶板技术规定的应用要点,五、顶板技术规定的应用要点,表我国近几年工作面大面积压架典型案例,五、顶板技术规定的应用要点,图工作面压架支架立柱损坏图,大面积垮落实例,五、顶板技术规定的应用要点,第一百零六条采煤工作面无密集支柱切顶时，必须有防止工作面冒顶和矸石窜入工作面的措施.,79,五、顶板技术规定的应用要点,80,第一百一十条近距离煤层群开采下一煤层时,必须制定控制顶板的安全措施.,五、顶板技术规定的应用要点,初撑力就是支架升柱完成后瞬间，支架主动支撑顶板的力。较低的初撑力导致工作顶顶板早期离层量较大，减弱了顶板整体强度。,顶板灾害及防治技术初撑力,第一百一十四条采用综合机械化采煤时采煤工作面必须进行矿压监测.,图酸刺沟矿6105-2综放工作面初撑力,工作面顶板灾害及防治技术初撑力,,,,回采工作面顶板灾害及防治技术初撑力,增阻的过程就是顶板下沉和离层的过程，若循环急增阻较多，说明顶板在急速下沉。,回采工作面顶板灾害及防治技术初撑力,铁北矿右三片发生多次大面积顶板事故与右四片没有发生工作面初撑力对比,表右三片和右四片工作面支架平均初撑力对比表,表右三片与右四片工作面支架初撑力对比表,回采工作面顶板灾害及防治技术初撑力,提高初撑力的技术措施减少供液距离提高泵压环形供液工人操作考核（矿压系统）乳化液质量保证供液系统的可靠性,工作面顶板灾害防治措施-支架初撑力,工作面顶板灾害防治措施,初撑力分析,合理利用矿压监测系统,支架支撑效率,若只有一个柱子受力是支架支效率为50,支架支撑效率（前后柱（左右柱）受力均衡性、支架合理高度）,工作面顶板灾害防治措施-支架支撑效率,图右三片工作面支架前后柱受力不均衡,,相差1000kN,工作面顶板灾害防治措施-支架支撑效率,图酸刺沟矿6105-2综放工作面前后柱受力不均衡,工作面顶板灾害防治措施-支架支撑效率,,左柱受力小,,右柱安全阀开启,,右柱受力小,,左柱安全阀开启,,图崔木煤矿综放支架工作阻力,回采工作面顶板灾害及防治技术支架支撑效率,图崔木煤矿综放支架工作阻力,回采工作面顶板灾害及防治技术支架支撑效率,,40MPa,图崔木煤矿综放支架工作阻力,回采工作面顶板灾害及防治技术支架支撑效率,提高支架支撑效率技术措施支架架型（能采用两柱应采用两柱掩护式支架，顶梁形式）放顶煤工作面采用合理的放煤工艺支架工的合理操作统一安全阀开启压力煤层厚度与支架最大高度匹配,回采工作面顶板灾害及防治技术支架支撑效率,40MPa,46MPa,21MPa,17MPa,图崔木煤矿综放支架工作阻力,回采工作面顶板灾害及防治技术安全阀管理,支架工作阻力与安全阀开启压力关系,,,安全阀开启压力,立柱缸径,回采工作面顶板灾害及防治技术安全阀管理,,左柱受力小,,右柱安全阀开启,,右柱受力小,,左柱安全阀开启,,图崔木煤矿综放支架工作阻力,回采工作面顶板灾害及防治技术安全阀管理,安全阀开启分析,回采工作面顶板灾害及防治技术安全阀管理,回采工作面顶板灾害及防治技术安全阀管理,安全阀管理支架设计合理的安全阀开启压力（3646MPa）高强度支架立柱双安全阀（一大一小）长期监测安全阀开启压力,回采工作面顶板灾害及防治技术安全阀管理,回采工作面顶板灾害及防治技术工作面推进速度,回采工作面顶板灾害及防治技术工作面推进速度,,图榆家梁44305工作面工作面推进速度与支架受力关系,,图大地精煤矿3301工作面推进速度与支架受力关系,回采工作面顶板灾害及防治技术工作面推进速度,工作面合理推进速度浅埋深工作面要大于6m，普通工作面大于4m确定合理的工作面倾向长度停产时要在非来压期间,回采工作面顶板灾害及防治技术工作面推进速度,,,前后柱立柱漏液,供液系统（水质、泵站压力、阀及千斤顶等密封、安全阀等）,回采工作面顶板灾害及防治技术供液系统,立柱漏液,回采工作面顶板灾害及防治技术供液系统,回采工作面顶板灾害及防治技术利用矿压监测系统,矿压监测系统要求循检时间要在2～3秒内可以自动分析初撑力、循环末阻力以及割煤循环能自动分析来压步距和强度可以评价支架的适应性捕捉安全阀开启，并能统计开启时间及次数监测出支架供液系统是否存在“跑、冒、滴、漏”实现工作面切顶压架自动预警,回采工作面顶板灾害及防治技术利用矿压监测系统,初撑力分析,回采工作面顶板灾害及防治技术利用矿压监测系统,来压步距分析图,循环末阻力判据,加权阻力判据,循环末阻力,加权阻力,来压时间,,来压步距,回采工作面顶板灾害及防治技术利用矿压监测系统,回采工作面顶板灾害及防治技术利用矿压监测系统,典型应用-平朔井工一矿,回采工作面顶板灾害及防治技术利用矿压监测系统,,初撑力分析,来压步距分析,回采工作面顶板灾害及防治技术利用矿压监测系统,,日报表及报告查询,回采工作面顶板灾害及防治技术利用矿压监测系统,第一百一十五条采用放顶煤开采时,三放顶煤工作面初采期间应当根据需要采取强制放顶措施,使顶煤和直接顶充分垮落.,五、顶板技术规定的应用要点,第一百一十五条采用放顶煤开采时,四采用预裂爆破处理坚硬顶板或者坚硬顶煤时,应当在工作面未采动区进行,并制定专门的安全技术措施.严禁在工作面内采用炸药爆破方法处理未冒落顶煤、顶板及大块煤矸.,图一排炮孔起爆后模拟图,图二排炮孔起爆后模拟图,综采可以，综放严禁架间爆破，可进行两巷超前预裂,五、顶板技术规定的应用要点,提纲,第二百二十五条在矿井井田范围内发生过冲击地压现象的煤层，或经鉴定煤层（或其顶底板岩层）具有冲击倾向性且评价具有冲击危险性的煤层为冲击地压煤层。有冲击地压煤层的矿井为冲击地压矿井。,第二百二十七条开采具有冲击倾向性的煤层，必须进行冲击危险性评价。,第二百二十六条有下列情况之一的，应当进行煤岩冲击倾向性鉴定（一）有强烈震动、瞬间底（帮）鼓、煤岩弹射等动力现象的。（二）埋深超过400m的煤层，且煤层上方范围100m内存在单层厚度超过10m的坚硬岩层。（三）相邻矿井开采的同一煤层发生过冲击地压的。（四）冲击地压矿井开采新水平、新煤层。,六、冲击地压技术规定的应用要点,冲击危险性评价-综合指数法,工作面冲击危险性的地质因素评定,41101工作面冲击危险性的开采因素评定,冲击危险性评价-综合指数法,,,综合指数法预评价属于理论性质评价，主要根据图纸资料而进行经验判断，确定发生冲击危险的可能区域。,由于煤岩体的性质，整个工作面煤体并非均质属性，不同位置的实际应力分布并不相同，因此，针对现场情况的实际探测来对其冲击危险性进行评价更为客观。,冲击危险性评价-现场CT探测,,,,,地学CT,医学CT,,,冲击危险性评价-现场CT探测,,,,冲击危险性评价-现场CT探测,,,,,,,原水量,注水量,总容量,水溢出的条件,原水量注水量＞总容量,目的就是掌握杯中的原水量,冲击危险性评价-现场CT探测,工作步骤,,,,,确定探测范围,地震CT探测,煤岩层波速分布图,冲击危险性分布图,1地震波数据采集,2数据处理,3地质解释,冲击危险性评价-现场CT探测,围岩波速结构的概念,波速大小,波速梯度,异常区临巷距,围岩波速结构,,围岩波速量值,,围岩波速变化,,异常区空间分布,冲击危险性评价-现场CT探测,波速大小与冲击危险性的相关性,围岩波速结构,波速大小,波速梯度,异常区临巷距,波速,,应力,正相关,实验室研究,冲击危险性评价-现场CT探测,波速大小与冲击危险性的相关性,现场实测研究,围岩波速结构,波速大小,波速梯度,异常区临巷距,冲击危险性评价-现场CT探测,波速梯度与冲击危险性的相关性,,,高波速梯度区,高波速区,P波速度与震源位置对照图（天山帕米尔结合带及其邻近地区）,围岩波速结构,波速大小,异常区临巷距,波速梯度,冲击危险性评价-现场CT探测,波速梯度与冲击危险性的相关性,波兰ZabrzeBueksziwuce煤矿,高波速梯度区,高波速梯度区,,,,,高波速区,美国LuckyFriday煤矿,矿山地震不仅发生在高波速区，也常发生高波速梯度区。,冲击危险性评价-现场CT探测,,高波速梯度,,结构剧烈变化,,应力剧烈变化,,,,,,,,,应力/波速,,,波速梯度与冲击危险性的相关性,,,,,,,,,,微破裂,冲击危险性评价-现场CT探测,异常区临巷距与冲击危险性的相关性,围岩波速结构,波速大小,异常区临巷距,波速梯度,,变薄带,r1,r2,rn,隐伏断层,,上分层残留煤柱影响带,冲击危险性评价-现场CT探测,异常区临巷距与冲击危险性的相关性,受地质及开采因素影响，工作面范围内存在数量众多的弹性应变能（应力）集中区。与动载荷叠加后，均可发生冲击启动。,弹性应变能集中区冲击启动能量判别式,剩余能量引发巷道冲击显现能量判别式,,,XΩ4,XΩn,XΩ1,XΩ2,XΩ3,,,,,冲击危险性评价-现场CT探测,煤岩层冲击危险性评价模型,,,,,,,波速大小角度表征波速异常系数ACAbnomalCoffic