潘一山 冲击地压防控新技术20193.pptx

,冲击地压防控新技术,潘一山,辽宁大学煤矿重大动力灾害协同创新中心,一、冲击地压的严重性二、冲击地压预测新技术三、冲击地压防治新技术四、冲击地压防控的几点建议,提纲,一、冲击地压的严重性,煤矿冲击地压,煤矿冲击地压,过去一年来国内冲击地压事故,2015年5月26日艾友煤矿发生冲击地压事故造成4人死亡，3人受伤。2015年7月26日，星村煤矿发生冲击地压事故，造成1人受伤；2015年7月29日，赵楼煤矿发生一起冲击地压事故，造成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。,美国克兰德尔峡谷煤矿冲击地压,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。,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。,澳大利亚澳星煤矿冲击地压事故,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。,俄罗斯北方煤矿冲击地压事故,浅部矿井发生冲击地压新疆、甘肃等西部省区，已有多个矿的浅埋煤层（埋深＜350m）发生了冲击地压。传统理论认为无冲击危险矿井发生冲击地压“三软”矿区（如徐州东部矿区）也发生了严重的冲击地压事故。普遍认为不发生冲击地压的褐煤发生冲击地压褐煤（如平庄矿区），已有冲击地压发生。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。,无冲击矿井出现冲击地压,我国煤矿已发生的9020次破坏性冲击地压，对2510次有相关记录数据的进行研究，发现发生在巷道中的冲击地压2178次，占冲击地压总数的86.8。,巷道冲击严重传统支护难以满足防冲要求,未进入深部开采,深部开采,未进入深部开采，冲击地压、瓦斯突出、自然发火、矿井突水等灾害单一发生。,进入深部开采，冲击地压和瓦斯突出、自然发火、矿井突水等灾害复合发生，具有冲击地压新特点。,复合灾害冲击地压,平煤十矿2007.11.12事故,冲击地压特征,煤与瓦斯突出特征,兼具突出和冲击特征（1000米采深）,冲击-突出复合,冲击-发火复合,冲击-发火复合,千秋煤矿，2008年6.5冲击地压事故死亡13人，原因之一为工作面开采过程中5月12日采空区发生严重火灾。之后采取加快工作面推进速度，导致冲击地压发生，冲击地压发生后，工作面推进速度减慢，7月又一次发生采空区发火灾害。,冲击地压孕育发生，导致裂隙的进一步贯通，冲击地压促进突水；矿井突水发生后，岩层应力集中促进煤岩裂纹扩展，助推冲击地压的形成，矿井突水促进冲击地压。,冲击-突水复合,目前我国已有177个冲击地压矿井，分布于20个省市、自治区。,全国177个冲击地压矿井,冲击地压矿井增长趋势,随着时间，冲击地压矿井数量不断增加,冲击地压矿井数量逐年增加,二、冲击地压预测新技术,根据煤岩冲击倾向性预测,冲击倾向性是发生冲击地压的内因。,冲击地压危险性的宏观预测,根据活动构造预测,冲击地压矿井,活动构造带,构造活动直接控制冲击地压的发生。,根据区域地质构造预测,Ⅲ级活动断裂控制着平顶山东部矿区八矿、十矿和十二矿动力灾害的发生。,始发深度/m,根据开采深度预测,始发深度一般为200m～400m，少数矿井达到500m以上。,根据应力集中区预测,背斜,向斜,根据煤层厚度变化预测,阜新五龙矿3311综放面，煤层厚度变化大，忽厚忽薄。2002年掘进时发生了4.18冲击地压，造成8人死亡。2003年回采时到附近位置又发生了3.28冲击地压，一死4伤。,,,,,3311皮带道,3311风道,开切眼,,,,,,,,28m,50m,采终线,,,,,221区采空区,煤层变化带,根据孤岛煤柱预测,开滦唐山矿发生13次破坏的冲击地压，均发生在孤岛和半孤岛煤柱。,孤岛煤柱,根据工作面“见方”预测,双鸭山集贤煤矿西二采区单工作面“见方”阶段、双工作面“见方”阶段、三工作面“见方”阶段为冲击危险区。,集贤煤矿西二采区九层左一片工作面回采过程冲击危险性区域划分,巷道扩修增加了冲击地压发生概率,吉林龙家堡煤矿60以上冲击地压均与巷道扩修有关。,根据巷道扩修预测,工作面同采对冲击地压的影响,双工作面同时推进比单工作面推进冲击地压释放能量和频次都大。,根据开采互相影响预测,根据开采速度预测,华丰矿2408采面冲击能量与产量关系,钻屑法监测冲击危险性,冲击地压危险性最简单、直观的检测方法。,钻屑量测试结果,冲击地压危险性的仪器监测,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,巷道煤壁,,岩体应力分布,ρ,平顶山矿区，通过钻屑排粉重量、钻屑温度、钻杆扭矩和临界指标对比，确定冲击危险性。,钻屑温度、钻杆扭矩监测冲击危险性,采动应力监测冲击危险性,峻德煤矿2013年3.15冲击地压发生前，采动应力监测值较高，而冲击地压发生后采动应力降低。,KJ21支架压力在线监测系统结构,新疆宽沟煤矿冲击地压发生时支架压力,工作面冲击后,操作简单，适用于坚硬顶板条件下的工作面冲击地压监测预报,支架压力监测冲击危险性,冲击地压,井下微震监测冲击危险性,SOS,AREMIS,ISS,ESG,振动传感器,GPS授时,高密度高频无线地面微震实时监测系统,地面微震监测冲击危险性,传感器定位安装,微震仪监测界面,五龙矿测点布置情况,五龙矿地面微震监测设备现场应用,西瓦,矿震发生时刻2014年9月23号1107原始信号。震级2.9,矿区中心,孙家湾,五龙矿地面微震监测设备现场应用,对应集贤煤矿冲击地压区域的开采进度，五个监测点。,集贤矿地面微震监测设备现场应用,优点操作简单，投入较低缺点电磁干扰比较严重,千秋煤矿21141掘进工作面50m范围电磁辐射数据变化趋势,电磁辐射监测冲击危险性,强度,测试时间,电荷感应法监测冲击危险性,工作面见方期,便携式和在线式煤岩电荷监测设备,,破裂（震动）,裂隙发展,应力变化曲线,,应力监测声发射监测微震监测,,,塑性区,弹性区,应力场,裂隙场,震动场,应力在线监测弹性波CT探测钻屑法监测,声发射监测电磁辐射监测电荷感应监测,微震监测,,,巷道,冲击地压危险性的综合预警,平顶山矿区冲击危险性综合预测,等级Ⅰ作业中进行危险状态的抽测。,等级Ⅱ确定检测指标处于安全状态，可进行采矿作业。,等级Ⅲ采取两种及以上组合的局部解危措施。,等级Ⅳ采取综合性解危措施。,等级Ⅴ采取综合性解危措施，加强巷道的强力支护等。,,冲击地压复合动力灾害，既要通过预测区分复合动力灾害的类型，还要通过预测确定复合动力灾害的危险等级。,冲击地压复合灾害一体化预测,平煤八矿,冲击-突出复合灾害钻屑温度一体化预测,最大值波动较大最小值几乎为零,最小值、平均值与最大值几乎相同,最大值波动，最小值不波动,根据煤岩电荷信号，区分灾害类型，提出了煤岩电荷分类预测技术,冲击-突出复合灾害电荷一体化预测,冲击-突出复合灾害微震一体化预测,三、冲击地压防治新技术,冲击地压的三种类型,冲击地压针对性防治,厚煤层、煤体释放弹性能为主煤体抛出量1100t破坏半径140m震级12.4ML,煤层注水、卸压爆破,针对煤体压缩型冲击地压防治,坚硬顶板、顶底板岩层释放变形能为主煤体抛出量100600t破坏半径3080m震级2.43.2ML,针对顶板断裂型冲击地压防治,,,控制顶板断裂型冲击地压发生，集贤矿,深孔爆破断顶-破煤-断底,断层带、断层位移释放能量煤体抛出量800t破坏半径80m震级3.0ML,针对断层错动型冲击地压，释放能量主体为断层上下盘错动，避开断层布置采煤工作面；无法避开时，采取在断层开始回采措施；无法从断层开始布置时，在工作面距离断层50m采用松动爆破。,针对断层错动型冲击地压防治,,,,1.0,2.0,3.0,4.0,“卸”,,钻孔卸压、深孔爆破、等,0.0,防治方法,震级/ML,,,,根据震级冲击地压分级防治,划分采区时保证合理的开采顺序采面避免相向开采推行无煤柱开采禁止向采空区方向推进,老虎台矿对生产布局及开采程序进行调整，大大减少了诱发冲击地压的煤柱高应力集中区域。,“降”合理开采布局,h1/31/2H,对强冲击厚煤层，应力集中区域回风顺槽采用起底1/3-1/2的布置方式，降低冲击危险性。,“降”改进巷道布置方式,华丰矿,华丰煤矿4煤具有强烈冲击倾向性，6煤无冲击倾向性。进行了采6煤、保4煤保护层开采。,“降”开采保护层,钻孔直径、间距、长度、布置方式、卸压时机,实施大直径钻孔卸压。,“卸”大直径强排粉钻孔,庞庄矿,卸压硐室可以有效的将运输巷应力进行转移，大大减小运输巷的变形，减冲、消冲作用明显。,千秋矿,“卸”卸压硐室,最大瞬时流量6000L/min。适合于冲击地压矿井防冲支护装备的安全保护。,示意图,实物图,“让”考虑冲击的大流量卸压安全阀,大流量卸压阀,巷道门式液压支架,在冲击力下，通过大流量卸压阀快速开启，高速泄压，快速为围岩让位卸压，保护液压支架不受损坏，维护围岩稳定性。,工作面综采防冲液压支架,,巷道自移式防冲液压支架,“让”考虑冲击的大流量卸压安全阀,巷道中安装迈步式液压支架或门式液压支架,抚顺老虎台矿,义马跃进矿,“抗”高强度联合支护,防冲服、防冲头盔,“护”人员防护措施,防冲击屋、压风自救,冲击载荷作用下锚杆（索）典型失效形式,传统锚杆、锚索支护难以抵抗冲击,冲击地压吸能支护,（1）围岩变形前安装吸能锚杆,（2）围岩准静态变形中抵抗、吸收变形能,（3）围岩冲击变形中快速让位吸能,吸能防冲锚杆,,,原方案,锚网、“U36“型钢棚复合支护,锚杆长度2.0m、φ20mm,间、排距为800mm1000mm,棚距为800mm,螺纹钢锚杆吸能锚杆金属网,新方案,螺纹钢锚杆长度2.2m、φ22mm，间、排距为800mm1000mm；吸能锚索间距为1600mm，排距为2000mm；“U36“型钢棚，钢棚间距为1600m。,,,试验方案对比,吸能防冲锚杆在老虎台矿的工程应用,2010年8.11冲击地压,2011年3.1冲击地压,传统巷道液压支架难以抵抗冲击,义马跃进矿-门式支架破坏形式,,被撅断抬起的底梁,顶梁歪倒，柱头折断,顶梁铰接处撕裂,,立柱折弯,,吸能防冲液压支架,在冲击地压发生时，通过屈曲吸能让位，缓解支架受到的冲击，保护支护体系不被冲击所破坏。,对其几何参数、材质性能、加工工艺以及使用方法进行了研究，以达到现场实际应用技术要求。,双节吸能构件屈曲吸能过程,门式吸能防冲液压支架,巷道支护的现场图片,,巷道垛式支架液压抬棚,门式吸能防冲液压支架,吸能装置,门式吸能防冲支架与液压抬棚交替支护，以此加大此区域的支护强度和支护体系抗冲击能力，增强巷道稳定性。,门式支架支护设计,门式吸能液压支架在常村矿的工程应用,2016年5月5日冲击地压，能量达7.56E04J，微震导致第5架和第24架门式吸能液压支架中立柱上机械式压力表发生爆表损坏，压力表上限60MPa，但支架支护的围岩没有发生明显变形。,,震源,门式吸能液压支架在常村矿的工程应用,支架结构整体冲击破坏,传统U型钢支护难以抵抗冲击,支架局部屈曲变形破坏,传统U型钢支护难以抵抗冲击,支架弯折破坏,搭接段折断与撕裂,拉杆破坏与背板失效,防控巷道冲击地压U型钢支护结构，包括抗冲U型钢支架、壁后吸能缓冲填充层、吸能减震分区化围岩等。,防控巷道冲击地压U型钢支护结构,顶底板位移变化曲线,两帮位移变化曲线,冲击事件分布平面图,对比冲击事件前后巷道围岩变形，新设计的O型棚支护段巷道围岩变形明显小于原O型棚支护段巷道围岩变形，抗冲击地压等级明显增大。,支护效果分析,防控冲击地压U型钢在老虎台矿工程应用,,冲击-突出复合动力灾害，两种灾害耦合在一起，防治了煤与瓦斯突出，有可能还发生冲击地压；防治了冲击地压，有可能还发生煤与瓦斯突出。为此必须一体化防治。,冲击地压复合灾害一体化防治,七台河桃山矿,对于冲击地压和煤与瓦斯突出复合灾害，采取瓦斯抽采措施后，煤体性质变化，可能增加冲击危险。瓦斯抽采应与松动爆破、煤层注水等配合使用，实现冲击地压、煤与瓦斯突出一体化防治。,冲击-突出复合灾害一体化防治,巷旁注水,煤层注水,对于冲击地压和自然发火复合灾害，采用巷旁注水与煤层注水结合，确定合理的工作面开采速度等防治措施，实现冲击地压、自然发火一体化防治。,冲击-发火复合灾害一体化防治,四、冲击地压防控的几点建议,本PPT免费下载方法识别左面二维码进入煤矿安全规程微信公众号，回复010这三个数字即可免费下载,不可控性,非频发性,不可入性,VS,由重视预测到更要重视防治,由技术为王到技术加管理为王,山东新汶华丰矿河南义马跃进矿辽宁抚顺老虎台矿,由单一矿井防控到矿区井群联防联控,义马矿业5个冲击地压矿井井群联防联控,,13230工作面开切眼以东为千秋矿21121、21141工作面采空区,耿村煤矿12.22冲击事故分析,煤矿重大动力灾害防控协同创新中心，国内高校、科研单位和企业等单位从事冲击地压研究方面的研究力量必须协同。,协同单位,由矿区井群联防联控到全国冲击地压矿井协同防控,新版煤矿安全规程关于“冲击地压防治“在具体实施时没有形成统一的标准和规范，部分省市和煤矿企业自行制定了防治标准和规范，执行过程中差异比较大。冲击地压煤层安全开采暂行规定、冲击地压预测和防治试行规范（1987年颁布），至今已过去近30年，开采条件与防治技术发生了很大的变化。,由规程到规定,谢谢,