頂板災(zāi)害預(yù)警與防治技術(shù)

1、天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部采礦所天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部采礦所煤炭科學(xué)研究總院開采設(shè)計分院采礦所煤炭科學(xué)研究總院開采設(shè)計分院采礦所2013年年5月月毛德兵毛德兵 “十一五十一五”期間全國煤礦事故按類別統(tǒng)計表期間全國煤礦事故按類別統(tǒng)計表事故類事故類別別2006年年2007年年2008年年2009年年2010年年事故事故起數(shù)起數(shù)死亡死亡人數(shù)人數(shù)事故事故起數(shù)起數(shù)死亡死亡人數(shù)人數(shù)事故事故起數(shù)起數(shù)死亡死亡人數(shù)人數(shù)事故事故起數(shù)起數(shù)死亡死亡人數(shù)人數(shù)事故事故起數(shù)起數(shù)死亡死亡人數(shù)人數(shù)頂板頂板16331902 1299 1518 1032 1222805939702829瓦斯瓦斯32713192

2、721084182778157755145623機(jī)電機(jī)電9493908610610997977178運(yùn)輸運(yùn)輸467517409453348400285319246281放炮放炮78906977395545753437水害水害10041763255592634716638224火災(zāi)火災(zāi)72610721111143112168其它其它239382209241177277176249155193合計合計29454746 2421 3786 1954 3215 1616 2631 1403 2433事故類別事故類別事故起數(shù)事故起數(shù)死亡人數(shù)死亡人數(shù)頂板頂板567665瓦斯瓦斯119533機(jī)電機(jī)電5757

3、運(yùn)輸運(yùn)輸239279放炮放炮3235水害水害44192火災(zāi)火災(zāi)434其它其它139178合計合計1201197320112011年全國煤礦事故統(tǒng)計表年全國煤礦事故統(tǒng)計表20112011年各類事故起數(shù)所占比例年各類事故起數(shù)所占比例20112011年各類事故死亡人數(shù)所占比例年各類事故死亡人數(shù)所占比例4 4起，起，28.6%28.6%1212人，人，24.0%24.0%6 6起，起，42.9%42.9%2323人，人，46.0%46.0%2 2起，起，14.3%14.3%8 8人，人，16.0%16.0%2 2起，起，14.3%14.3%7 7人，人，14.0%14.0%20112011年較大頂板事

4、故按發(fā)生地點(diǎn)統(tǒng)計年較大頂板事故按發(fā)生地點(diǎn)統(tǒng)計序序號號礦名、工作面名稱礦名、工作面名稱支架工作阻力支架工作阻力/kN壓架情況壓架情況1華能扎賚諾爾鐵北礦、靈泉礦華能扎賚諾爾鐵北礦、靈泉礦8000多次壓架多次壓架2神東集團(tuán)榆家梁礦神東集團(tuán)榆家梁礦10600多次壓架多次壓架3同煤塔山礦同煤塔山礦8102、8103綜放面綜放面13000頻繁壓架頻繁壓架4伊泰納林廟一號井伊泰納林廟一號井/酸刺溝礦酸刺溝礦6800/15000多次壓架多次壓架5新汶龍固煤礦新汶龍固煤礦1301綜放面綜放面11000多次壓架多次壓架6皖北煤電祁東煤礦皖北煤電祁東煤礦6130，7130工作面，采高工作面，采高2.6m。4400

5、多次頻繁多次頻繁壓架壓架近年來發(fā)生的壓架事故近年來發(fā)生的壓架事故傳統(tǒng)觀念認(rèn)為頂板事故主要發(fā)生在支護(hù)不合格的地方傳統(tǒng)觀念認(rèn)為頂板事故主要發(fā)生在支護(hù)不合格的地方中小煤，近年來，隨著煤礦開采裝備水平的提高，支中小煤，近年來，隨著煤礦開采裝備水平的提高，支架支護(hù)阻力顯著提高，部分煤礦支架工作阻力超過架支護(hù)阻力顯著提高，部分煤礦支架工作阻力超過15000KN，國有大型煤礦依然頻繁發(fā)生壓架事故。實，國有大型煤礦依然頻繁發(fā)生壓架事故。實踐證明，頂板事故的發(fā)生呈現(xiàn)新特點(diǎn)，不僅要開展科踐證明，頂板事故的發(fā)生呈現(xiàn)新特點(diǎn)，不僅要開展科學(xué)系統(tǒng)的礦壓理論研究，更要加強(qiáng)監(jiān)測與管理。學(xué)系統(tǒng)的礦壓理論研究，更要加強(qiáng)監(jiān)測與管理

6、。頂板事故形勢嚴(yán)峻，呈現(xiàn)新特點(diǎn)頂板事故形勢嚴(yán)峻，呈現(xiàn)新特點(diǎn) 支架低頭壓死狀態(tài)支架低頭壓死狀態(tài)支架前端臺階下沉冒頂情況支架前端臺階下沉冒頂情況巷道冒頂巷道冒頂沖擊地壓沖擊地壓支架立柱穿入頂梁支架立柱穿入頂梁 u采煤方法（房柱式、炮采、普采、綜采，大采高綜采、綜采煤方法（房柱式、炮采、普采、綜采，大采高綜采、綜放開采、分層開采）放開采、分層開采）u裝備水平（采掘面機(jī)械化程度、支護(hù)方式及強(qiáng)度）裝備水平（采掘面機(jī)械化程度、支護(hù)方式及強(qiáng)度）u采掘工作面布置（應(yīng)力集中）采掘工作面布置（應(yīng)力集中）u操作、管理水平操作、管理水平 19812004年國有重點(diǎn)煤礦采煤機(jī)械化程度與百萬噸死亡率間關(guān)系年國有重點(diǎn)煤礦采

7、煤機(jī)械化程度與百萬噸死亡率間關(guān)系（摘自（摘自中國工程院咨詢項目中國工程院咨詢項目“煤礦災(zāi)害防治的技術(shù)與對策煤礦災(zāi)害防治的技術(shù)與對策”） 了解對象了解對象優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計監(jiān)測預(yù)警監(jiān)測預(yù)警及時治理及時治理 巷道超前構(gòu)造探測巷道超前構(gòu)造探測(MSP)KDZ1114-6B30MPTMPTMPTMWP回采面超前探測結(jié)果回采面超前探測結(jié)果圖1 縱波波速CT反演切片圖（單位m/ms） ；針對頂板危險性評價結(jié)果，對危險區(qū)域制訂針對頂板危險性評價結(jié)果，對危險區(qū)域制訂頂板災(zāi)害監(jiān)測方案和防治預(yù)案。頂板災(zāi)害監(jiān)測方案和防治預(yù)案。采用最新開發(fā)的采用最新開發(fā)的KJ21頂板災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)對危頂板災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)對危險區(qū)域進(jìn)

8、行在線實時監(jiān)測險區(qū)域進(jìn)行在線實時監(jiān)測。建立建立“頂板災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺頂板災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺”，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)中，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心和展示平臺心和展示平臺，消除信息壁壘和信息孤島，實現(xiàn)頂消除信息壁壘和信息孤島，實現(xiàn)頂板災(zāi)害監(jiān)測信息的互聯(lián)、互享、互動。板災(zāi)害監(jiān)測信息的互聯(lián)、互享、互動。 檢修支架供液系統(tǒng)、提高初撐力、提高支護(hù)效率；加檢修支架供液系統(tǒng)、提高初撐力、提高支護(hù)效率；加強(qiáng)推進(jìn)速度、降低礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度；及時、擦頂移架，改強(qiáng)推進(jìn)速度、降低礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度；及時、擦頂移架，改善回采工藝等；善回采工藝等；堅硬頂板處理、破碎頂板加固、個體防護(hù)（如沖擊地堅硬頂板處理、破碎頂板加固、個體防護(hù)（如沖擊地壓、大傾角壓、

9、大傾角-急傾斜工作面防飛石傷人）、卸壓解危（大急傾斜工作面防飛石傷人）、卸壓解危（大面積頂板來壓、沖擊地壓）、加強(qiáng)巷道支護(hù)。面積頂板來壓、沖擊地壓）、加強(qiáng)巷道支護(hù)。炮孔支架AA運(yùn)輸順槽回風(fēng)順槽ABCD1D2D3D8D9F回風(fēng)順槽運(yùn)輸順槽D5D6D7D4E運(yùn)輸順槽回風(fēng)順槽A炮孔ABCDABC運(yùn)輸順槽回風(fēng)順槽堅硬頂板弱化處理支架工作阻力曲線支架工作阻力曲線心電圖曲線心電圖曲線工作面推進(jìn)速度工作面推進(jìn)速度初撐力合格率初撐力合格率來壓步距及強(qiáng)度來壓步距及強(qiáng)度立柱竄液或損壞立柱竄液或損壞安全閥開啟率安全閥開啟率支架支撐效率支架支撐效率。加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)警是頂板災(zāi)害防治的重中之重。加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)警是頂板災(zāi)害防治的重

10、中之重。普通礦壓監(jiān)測系統(tǒng)普通礦壓監(jiān)測系統(tǒng)微震監(jiān)測系統(tǒng)微震監(jiān)測系統(tǒng)地音監(jiān)測系統(tǒng)地音監(jiān)測系統(tǒng)KJ21頂板與沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)及預(yù)警頂板與沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)及預(yù)警平臺平臺u國內(nèi)普通礦壓監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題國內(nèi)普通礦壓監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題 礦井頂板災(zāi)害的發(fā)生具有瞬間性，目前國內(nèi)礦井頂板災(zāi)害的發(fā)生具有瞬間性，目前國內(nèi)礦壓監(jiān)測系統(tǒng)循檢時間一般為礦壓監(jiān)測系統(tǒng)循檢時間一般為530min，無法，無法全部捕捉到準(zhǔn)確的災(zāi)害先兆信息，不是嚴(yán)格意全部捕捉到準(zhǔn)確的災(zāi)害先兆信息，不是嚴(yán)格意義上的頂板災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)。義上的頂板災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)。 采礦所開發(fā)了以采礦所開發(fā)了以KJ21頂板與沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)為核心頂板與沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)為核心的

11、的“頂板災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警平臺頂板災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警平臺” 。 2012年采年采礦所主持完成的礦所主持完成的“礦井頂板災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用礦井頂板災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用”項目獲中國煤炭工業(yè)科技進(jìn)步二等獎；項目獲中國煤炭工業(yè)科技進(jìn)步二等獎； 2013年年3月，我所完成的月，我所完成的“基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的高可靠基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的高可靠性頂板災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)性頂板災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)”被專家鑒定為被專家鑒定為“國際領(lǐng)先水平國際領(lǐng)先水平”。uKJ21頂板與沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)簡介頂板與沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)簡介工作面支架阻力監(jiān)測工作面支架阻力監(jiān)測支架狀態(tài)監(jiān)測支架狀態(tài)監(jiān)測巷道離層監(jiān)測巷道離層監(jiān)測煤巖應(yīng)力監(jiān)測煤巖應(yīng)力

12、監(jiān)測巷道錨桿錨索受力監(jiān)測巷道錨桿錨索受力監(jiān)測巷道變形監(jiān)測巷道變形監(jiān)測視頻監(jiān)測視頻監(jiān)測光纖環(huán)網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)無線通訊系統(tǒng)無線通訊系統(tǒng)uKJ21系統(tǒng)硬件架構(gòu)系統(tǒng)硬件架構(gòu)特色一：首創(chuàng)智能型壓力數(shù)據(jù)采集特色一：首創(chuàng)智能型壓力數(shù)據(jù)采集模式，最短采集間隔達(dá)秒級。模式，最短采集間隔達(dá)秒級。初撐力點(diǎn)移架時長58s記錄點(diǎn)兩種采樣模式實施效果對比曲線兩種采樣模式實施效果對比曲線定時采集曲線智能采集曲線2012年年3月月20日監(jiān)測數(shù)據(jù)日監(jiān)測數(shù)據(jù)特色二：提出回采面頂板災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)及智能分析算法特色二：提出回采面頂板災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)及智能分析算法初撐力合格率，來壓步距，安全閥開啟率、不保壓率。初撐力合格率，來壓步距，安全閥開啟率

13、、不保壓率。危險區(qū)域監(jiān)測斷面危險區(qū)域監(jiān)測斷面圍巖穩(wěn)定性評價結(jié)果圍巖穩(wěn)定性評價結(jié)果離層離層特色三：提出巷道頂板災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)特色三：提出巷道頂板災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)圍巖變形量及變形速度，離層量及離層速度，錨桿及錨索受力圍巖變形量及變形速度，離層量及離層速度，錨桿及錨索受力增長速度。增長速度。特色四：建立了頂板災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺特色四：建立了頂板災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺以以“智能化采集模式智能化采集模式”及及“礦壓數(shù)據(jù)智能分析模型礦壓數(shù)據(jù)智能分析模型”為基礎(chǔ)，將礦壓理論與實踐研究成果與信息技術(shù)相結(jié)合，為基礎(chǔ)，將礦壓理論與實踐研究成果與信息技術(shù)相結(jié)合，提出頂板災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)、預(yù)警閥值及預(yù)警準(zhǔn)則，實現(xiàn)提出頂板災(zāi)害監(jiān)測預(yù)

14、警指標(biāo)、預(yù)警閥值及預(yù)警準(zhǔn)則，實現(xiàn)頂板災(zāi)害的智能化監(jiān)測和預(yù)警。頂板災(zāi)害的智能化監(jiān)測和預(yù)警。該該項創(chuàng)新技術(shù)項創(chuàng)新技術(shù)2012年被國家局確定為年被國家局確定為“四個一批四個一批”推推廣項目廣項目已在鄂爾多斯礦已在鄂爾多斯礦區(qū)、皖北煤電集團(tuán)、中煤集團(tuán)等礦區(qū)成功應(yīng)用。區(qū)、皖北煤電集團(tuán)、中煤集團(tuán)等礦區(qū)成功應(yīng)用。礦監(jiān)測主機(jī)集團(tuán)服務(wù)器平平臺臺物物理理架架構(gòu)構(gòu)井下系統(tǒng)展示平臺展示平臺平臺邏輯結(jié)構(gòu)平臺邏輯結(jié)構(gòu)酸刺溝礦千萬噸綜放工作面頻繁壓架酸刺溝礦千萬噸綜放工作面頻繁壓架酸刺溝：酸刺溝：6上上105-2綜放工作面開采初期，發(fā)綜放工作面開采初期，發(fā)生過多次大面積壓架事故生過多次大面積壓架事故，工作面無法正常，工作面

15、無法正常生產(chǎn)。采用該系統(tǒng)加強(qiáng)觀測和預(yù)警后，生產(chǎn)。采用該系統(tǒng)加強(qiáng)觀測和預(yù)警后，工作工作面實現(xiàn)了正常生產(chǎn)。面實現(xiàn)了正常生產(chǎn)。華能扎賚諾爾礦綜放工作面無法達(dá)產(chǎn)華能扎賚諾爾礦綜放工作面無法達(dá)產(chǎn) 鐵北礦：鐵北礦：在鐵北礦在沒有采用該系統(tǒng)時，右三片工在鐵北礦在沒有采用該系統(tǒng)時，右三片工作面最高月產(chǎn)量只有作面最高月產(chǎn)量只有21萬萬t，工作面時常發(fā)生壓架頂，工作面時常發(fā)生壓架頂板事故，在采用該系統(tǒng)后，實現(xiàn)了工作面頂板災(zāi)害板事故，在采用該系統(tǒng)后，實現(xiàn)了工作面頂板災(zāi)害的及時預(yù)警，有效的保證了工作面的正常生產(chǎn)，工的及時預(yù)警，有效的保證了工作面的正常生產(chǎn)，工作面平均月產(chǎn)達(dá)作面平均月產(chǎn)達(dá)31.2萬萬t。 KJ21頂板災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)已累計已銷售近頂板災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)已累計已銷售近150套，市套，市場范圍覆蓋了神華集團(tuán)、晉城煤業(yè)集團(tuán)、山西焦煤集場范圍覆蓋了神華集團(tuán)、晉城煤業(yè)集團(tuán)、山西焦煤集團(tuán)、同煤集團(tuán)、中煤能源集團(tuán)、開灤集團(tuán)、伊泰集團(tuán)團(tuán)、同煤集團(tuán)、中煤能源集團(tuán)、開灤集團(tuán)、伊泰集團(tuán)等國內(nèi)大型煤炭集團(tuán)下屬煤礦和地方煤礦。等國內(nèi)大型煤炭集團(tuán)下屬煤礦和地方煤礦。 已在皖北煤電及準(zhǔn)旗煤炭局成功建立頂板災(zāi)害監(jiān)控已在皖北煤電及準(zhǔn)旗煤炭局成功建立頂板災(zāi)害監(jiān)控平臺，與鄂爾多斯市伊旗煤炭