13竇林名-興安-鶴崗礦區(qū)典型沖擊危險(xiǎn)工作面防治對(duì)策研

1、鶴崗礦區(qū)（興安）典型沖擊危險(xiǎn)工作面防治對(duì)策研究1竇林名 教授中國(guó)礦業(yè)大學(xué)鶴崗礦區(qū)（興安）典型沖擊危險(xiǎn)工作面防治對(duì)策研究全國(guó)防治煤礦沖擊地壓高端論壇2中國(guó)礦業(yè)大學(xué)沖擊礦壓防治研究進(jìn)展3靜載+動(dòng)載 誘發(fā)沖擊j 靜載荷d 動(dòng)載荷bmin 沖擊破壞最小荷載煤巖體中靜載荷與礦震形成的動(dòng)載疊加之和大于誘發(fā)煤巖體沖擊破壞的最小載荷，就會(huì)誘發(fā)強(qiáng)礦壓災(zāi)害；1.1、動(dòng)靜載疊加誘發(fā)沖擊的原理1、沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理方面41.2、上覆圍巖的 FT 型結(jié)構(gòu)1、沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理方面短臂F型結(jié)構(gòu)長(zhǎng)臂F型結(jié)構(gòu)江蘇省優(yōu)秀博士論文51.3、斷層褶皺構(gòu)造附近的沖擊規(guī)律、底板沖擊1、沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理方面甘肅省、河南省科技二等獎(jiǎng)、安監(jiān)局一

2、等獎(jiǎng)62.1、彈塑脆性-流變突變模型、沖擊預(yù)測(cè)準(zhǔn)則EHEMHOOKEMAXWELL脆性單元2、沖擊礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)警方面W（t）=0， (t)0 該判別模式對(duì)應(yīng)能量、變形、頻次等前兆信息，可采用微震、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、電磁輻射監(jiān)測(cè)等方法進(jìn)行。沖擊危險(xiǎn)兆判別準(zhǔn)則煤協(xié)科技二等獎(jiǎng)72.2、沖擊礦壓的分區(qū)分級(jí)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)2、沖擊礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)警方面危險(xiǎn)等級(jí)危險(xiǎn)狀態(tài)危險(xiǎn)指數(shù)防治對(duì)策A無(wú)危險(xiǎn)0.75停止采掘作業(yè)，人員撤離危險(xiǎn)地點(diǎn)。采取強(qiáng)度弱化減沖治理措施。采取措施后，通過(guò)監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)，沖擊危險(xiǎn)消除后，方可進(jìn)行下一步作業(yè)。時(shí)間上從早期綜合分析預(yù)測(cè)到即時(shí)預(yù)測(cè)；空間上從區(qū)域預(yù)測(cè)到局部、點(diǎn)預(yù)測(cè)；逐級(jí)排除和確認(rèn)沖擊礦壓危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)預(yù)測(cè)

3、。煤協(xié)科技二等獎(jiǎng)。82.3、沖擊礦壓危險(xiǎn)評(píng)價(jià)的綜合指數(shù)法2、沖擊礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)警方面地質(zhì)因素確定沖擊危險(xiǎn)：主要考慮了沖擊礦壓發(fā)生的情況、開(kāi)采深度、地質(zhì)構(gòu)造、堅(jiān)硬頂板、頂板厚度特征參數(shù)、煤的沖擊傾向性、煤的強(qiáng)度等7個(gè)因素。開(kāi)采因素確定沖擊危險(xiǎn)：主要考慮了開(kāi)采技術(shù)條件、開(kāi)采歷史、煤柱、停采線、采空區(qū)、煤層的變化帶、斷層皺曲等12個(gè)開(kāi)采因素對(duì)沖擊礦壓發(fā)生的影響 92.4、彈性波CT透視技術(shù)2、沖擊礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)警方面102.5、電磁輻射監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)2、沖擊礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)警方面EME強(qiáng)度動(dòng)態(tài)趨勢(shì)系數(shù)KEEME脈沖數(shù)1.3Ew1.7Ew1.7Nw2.3Nw1.3KN1.71.72.3安全弱危險(xiǎn)強(qiáng)危險(xiǎn)國(guó)家科技局部二等

4、獎(jiǎng)112.6、礦震監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)2、沖擊礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)警方面山東省科技一等獎(jiǎng)122、沖擊礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)警方面2.6、礦震監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)-沖擊變性能指數(shù)時(shí)序預(yù)警硯北礦一二采區(qū)沖擊能指標(biāo)預(yù)警4E5（110414-120604）山寨礦沖擊能指標(biāo)預(yù)警1E5（110130-120119）132、沖擊礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)警方面2.6、礦震監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)-震動(dòng)波CT空間預(yù)警2012050820120607時(shí)段2012060820120630山東省科技一等獎(jiǎng)143.1、強(qiáng)度弱化減沖原理3、沖擊礦壓防治方面一是采取松散煤巖體的方式，降低煤巖體的強(qiáng)度 沖擊傾向性，使得沖擊危險(xiǎn)性降低；二是對(duì)煤巖體的強(qiáng)度進(jìn)行弱化后，使得應(yīng)力頂峰向巖體深部轉(zhuǎn)

5、移，并降低應(yīng)力集中程度；三是采取一定的減沖解危措施后，使得發(fā)生沖擊壓時(shí)，降低沖擊的強(qiáng)度。全國(guó)百篇優(yōu)秀博士論文153.2、巷道圍巖的強(qiáng)弱強(qiáng)結(jié)構(gòu)效應(yīng)3、沖擊礦壓防治方面圍巖強(qiáng)度：強(qiáng)、弱、強(qiáng)圍巖變形：小、大、小能量耗散：小、大、小沖擊應(yīng)力波衰減吸收效應(yīng)應(yīng)力集中程度降低，頂峰向深部轉(zhuǎn)移江蘇省優(yōu)秀博士論文163.3、煤體高壓射流鉆割卸壓技術(shù)3、沖擊礦壓防治方面173.4、高壓水力定向致裂技術(shù)3、沖擊礦壓防治方面18龍煤集團(tuán)：峻德、興安、富力、南山、益新、桃山同煤集團(tuán)：忻州窯、同忻韓礦集團(tuán)：下峪口、桑樹(shù)坪華亭集團(tuán)：華亭、山寨硯北兗礦集團(tuán)：鮑店、東灘、濟(jì)三、南屯、濟(jì)二、興隆莊趙樓、臨礦集團(tuán)：古城、王樓礦天安

6、礦業(yè)：星村新礦集團(tuán)：華豐棗莊地區(qū)：金源礦、朝陽(yáng)礦徐礦集團(tuán)：張小樓、三河尖、夾河、張集、張雙樓、旗山淮北礦業(yè)：海孜、楊柳礦義煤集團(tuán)：常村、躍進(jìn)、千秋平煤集團(tuán)：十、十一礦大屯煤電：孔莊、姚橋、徐莊礦昊華集團(tuán)：木城澗、大臺(tái)4、沖擊礦壓研究足跡191、地質(zhì)開(kāi)采條件2、沖擊原因分析3、防治方案4、防護(hù)措施目 錄設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案礦震規(guī)律分析監(jiān)測(cè)預(yù)警方法指標(biāo)卸壓解危措施興安煤礦四水平11層1-3區(qū)二段工作面20 地質(zhì)開(kāi)采條件121興安礦四水平11層1-3區(qū)二段工作面1、地質(zhì)開(kāi)采條件水平11層1-3區(qū)二段綜放工作面221、地質(zhì)開(kāi)采條件F13F1F13F1F6F5231、地質(zhì)開(kāi)采條件F13F6F1F13F6F1F

7、13F124傾斜長(zhǎng)135m，煤層傾角23，煤厚約8m，埋深600680mA為北部底板層綜放面；B為南部一分層工作面回采順序：回采A至設(shè)計(jì)止采線 回采B 從設(shè)計(jì)止采線向南推過(guò)B底板層 回采C78-10鉆孔1、地質(zhì)開(kāi)采條件25直接頂為10m厚細(xì)砂巖，老頂為3040m厚粗砂巖綜合柱狀圖78-10鉆孔柱狀圖1、地質(zhì)開(kāi)采條件262011年11月開(kāi)始掘進(jìn)，2012年5月4日正式回采共發(fā)生4次沖擊，“5.21，“6.26，“9.15，“10.151、地質(zhì)開(kāi)采條件272011年11月開(kāi)始掘進(jìn)，2012年5月4日正式回采共發(fā)生4次沖擊，“5.21，“6.26，“9.15，“10.151、地質(zhì)開(kāi)采條件28 沖擊原

8、因分析229開(kāi)采深度：采深680m，沖擊指數(shù)為Wt=0.25，約為采深500m（Wt=0.04）時(shí)的6倍。斷層：F13、F1、F6；Fe落差大于4m； Fb落差大于15m。FeFb南部工作面2、沖擊原因分析30孤島大煤柱頂分層與底板巷道影響： 留下縮面煤柱，使下分層巷道處于應(yīng)力集中區(qū)，對(duì)下分層一次采全高留下隱患； 下分層的兩巷道由于開(kāi)采影響不能掘進(jìn)，只有在工作面開(kāi)采完畢后才能掘進(jìn)，采掘緊張。2、沖擊原因分析31采掘相互影響 回采影響距離190 m-310 m ，掘進(jìn)影響距離110 m-130 m ，相互影響距離300 m-440 m ； “9.15沖擊主要受多頭掘進(jìn)影響。2012年11月20日

9、至12月4日2、沖擊原因分析32頂板巖層運(yùn)動(dòng)作用存在12層20120m厚堅(jiān)硬頂板巖層，120m厚礫巖，與11煤間距140m，難以破斷垮落2、沖擊原因分析33頂板巖層運(yùn)動(dòng)作用 堅(jiān)硬頂板結(jié)構(gòu)，未完全破斷垮落；“5.21“6.26“10.15三次沖擊分別發(fā)生在老頂初次破斷、工作面一次見(jiàn)方和二次見(jiàn)方階段 。掘進(jìn)礦震分布推進(jìn)速度：“5.21沖擊前進(jìn)9刀煤，8.6m，10月15日之后保持在3m左右，礦震強(qiáng)度下降，未發(fā)生沖擊巷道交叉2、沖擊原因分析342、沖擊原因分析褶曲構(gòu)造35靜載+動(dòng)載 誘發(fā)沖擊j 靜載荷d 動(dòng)載荷bmin 沖擊破壞最小荷載應(yīng)力條件煤巖體中靜載荷與礦震形成的動(dòng)載疊加之和大于誘發(fā)煤巖體沖擊

10、破壞的最小載荷，就會(huì)誘發(fā)強(qiáng)礦壓災(zāi)害；沖擊危險(xiǎn)的動(dòng)靜載分析2、沖擊原因分析36發(fā)生沖擊礦壓的最小載荷煤的單向抗壓強(qiáng)度大于RC20MPa，煤體發(fā)生沖擊礦壓破壞的最小應(yīng)力為50MPa；煤的單向抗壓強(qiáng)度小于RC 回采B 從設(shè)計(jì)止采線向南推過(guò)B底板層 回采C44南11層一分層工作面不采，將四水平北11層1-3區(qū)二段底板層工作面向南部延伸推進(jìn)，采用放頂煤開(kāi)采，并直接推過(guò)Fe斷層。降沖開(kāi)采優(yōu)化方案3.1 設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案45不存在孤島煤柱，靜載應(yīng)力下降縮短了采掘接續(xù)時(shí)間跨斷層回采，不存在Fe斷層保護(hù)煤柱，不會(huì)對(duì)本段和下段回采產(chǎn)生影響不存在一分層縮面煤柱對(duì)底板兩巷影響，降低了底板巷的沖擊危險(xiǎn)優(yōu)化方案優(yōu)點(diǎn)3.1

11、設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案46靜載荷預(yù)計(jì)動(dòng)載荷預(yù)計(jì)動(dòng)靜載分析防止了孤島煤柱，受巷道應(yīng)力集中（應(yīng)力集中系數(shù)取2）影響，垂直應(yīng)力為32.5MPa，小于發(fā)生沖擊的最小載荷震動(dòng)能量 1.6E+06J ，產(chǎn)生動(dòng)載約30MPa動(dòng)靜載疊加應(yīng)力為62.5MPa，剛剛到達(dá)沖擊最小載荷單一靜載作用不會(huì)發(fā)生沖擊，采取合理卸壓措施后，可防止動(dòng)靜載疊加誘發(fā)沖擊3.1 設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案47地質(zhì)因素：0.76，強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)沖擊危險(xiǎn)的綜合指數(shù)3.1 設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案開(kāi)采因素：0.43-0.57，弱-中等擊危險(xiǎn)：工作面見(jiàn)方之前為弱沖擊，見(jiàn)方以后為中等沖擊與原方案相比，開(kāi)采技術(shù)條件引起的沖擊顯著降低0.55-0.850.43-0.5748根據(jù)老頂

12、初次來(lái)壓、工作面“見(jiàn)方階段、雙工作面“見(jiàn)方階段、巷道交叉區(qū)、斷層影響等劃定危險(xiǎn)區(qū)沖擊危險(xiǎn)區(qū)劃原方案優(yōu)化方案3.1 設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案4910月份應(yīng)力集中區(qū)位于工作面前方，一分層切眼以北方案優(yōu)化后，12年11月20日至13年2月8日掘進(jìn)南部底板機(jī)道，應(yīng)力集中區(qū)13年1月1日至2月4日掘進(jìn)南部底板軌道，應(yīng)力集中區(qū)一分層切眼實(shí)施大量卸壓措施，應(yīng)力集中程度降低震動(dòng)波CT探測(cè)應(yīng)力集中區(qū)2013.1.12013.1.132012.10.12012.10.232012.12.202012.12.27掘進(jìn)底板機(jī)道掘進(jìn)底板機(jī)道掘進(jìn)底板軌道3.1 設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案50因優(yōu)化方案的順利實(shí)施和各項(xiàng)防沖措施的有力開(kāi)展，201

13、3年以來(lái)礦震能量頻次較之前顯著降低優(yōu)化方案防沖效果3.1 設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案2012-10-01至2013-01-162013-04-01至2013-07-16513.1 設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案3.2 礦震規(guī)律分析3.3 監(jiān)測(cè)預(yù)警方法指標(biāo)3.4 卸壓解危措施3、防治方案興安煤礦四水平11層1-3區(qū)二段工作面52“5.21沖擊釋放能量4.6E+6 J，上巷回采76.30 m、下巷回采59.70 m，理論計(jì)算老頂初次破斷步距為75.37 m，沖擊與老頂初次破斷有關(guān)后續(xù)幾天至5月25，礦震活動(dòng)頻繁、能量較大，上巷回采85.87 m、下巷回采70.87 m，這與關(guān)鍵層2的初次破斷（86.30 m）有關(guān)初次來(lái)壓及礦

14、震特征3.2 礦震規(guī)律分析53回采初期，本工作面礦震頻次少、能量小“5.21沖擊前，礦震分布在相鄰采空區(qū)和本工作面5.21沖擊礦震分布初次來(lái)壓及礦震特征3.2 礦震規(guī)律分析54周期來(lái)壓與礦震關(guān)系礦震能量、頻次呈現(xiàn)“升-降周期性變化，對(duì)應(yīng)頂板周期破斷來(lái)壓3.2 礦震規(guī)律分析555月，上巷105 m、下巷93 m，老頂初次垮落前礦震頻次少、能量小，分散不集中，“5.21沖擊6月，上巷184m、下巷135m，老頂周期垮落，礦震劇烈，集中分布于工作面前方和臨采空區(qū)，影響范圍190m，“6.26沖擊7月1日至9月12日停產(chǎn)9月，上巷228 m、下巷176m，礦震分布與6月類似，影響范圍210m，“9.1

15、5沖擊10月，上巷265m、下巷217m，礦震分布與6月類似，影響范圍300m，“10.15沖擊礦震分布3.2 礦震規(guī)律分析5611月，上巷336.5 m、下巷289 m，礦震集中分布于工作面前方和一分層切眼，范圍310m，期間進(jìn)行了一分層切眼支架安裝與撤出12月，上巷450 m、下巷372.3 m，礦震集中分布于一分層切眼中上部并延伸至上段采空區(qū)，范圍315m，巷道交叉應(yīng)力集中，底板機(jī)道向南延伸1月，上巷491 m、下巷305m，14日停采，底板軌道向南延伸全部能量大于E+4JE+4J以上礦震主要發(fā)生912月，集中于工作面前方，期間老頂周期垮落，4個(gè)關(guān)鍵層均到達(dá)破斷步距，產(chǎn)生初次破斷與周期性

16、破斷礦震分布3.2 礦震規(guī)律分析573.1 設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案3.2 礦震規(guī)律分析3.3 監(jiān)測(cè)預(yù)警方法指標(biāo)3.4 卸壓解危措施3、防治方案興安煤礦四水平11層1-3區(qū)二段工作面583.3 監(jiān)測(cè)預(yù)警方法指標(biāo)沖擊危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)方法 監(jiān)測(cè)方法區(qū)域檢測(cè)局部檢測(cè)定點(diǎn)檢測(cè)微震法電磁輻射聲發(fā)射電磁輻射聲發(fā)射應(yīng)力在線S0S應(yīng)力在線鉆屑法59監(jiān)測(cè)指標(biāo)及指標(biāo)值興安礦礦震評(píng)價(jià)指標(biāo)及指標(biāo)值3.3 監(jiān)測(cè)預(yù)警方法指標(biāo)1E+6 J能量礦震100%誘發(fā)沖擊，可作為強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)值，回采期間誘發(fā)沖擊的最小能量為1E+5 J，可作為中等危險(xiǎn)指標(biāo)60預(yù)警方法3.3 監(jiān)測(cè)預(yù)警方法指標(biāo)61應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)指標(biāo)選定： 煤體應(yīng)力增量沖擊礦壓應(yīng)力在線

17、評(píng)價(jià)指標(biāo)強(qiáng)沖擊礦壓危險(xiǎn)的應(yīng)力在線判別標(biāo)準(zhǔn)3.3 監(jiān)測(cè)預(yù)警方法指標(biāo)62電磁輻射監(jiān)測(cè)指標(biāo)選定：電磁輻射預(yù)警指標(biāo)選取電磁輻射幅值指標(biāo)值確定：電磁輻射臨界指標(biāo)初步定為22.5mv當(dāng)幅值大于22.5mv時(shí)，說(shuō)明數(shù)據(jù)異常，需結(jié)合微震等其它監(jiān)測(cè)手段評(píng)價(jià)沖擊危險(xiǎn)性，幅值超過(guò)22.5mv越多，沖擊危險(xiǎn)性越高。電磁輻射3.3 監(jiān)測(cè)預(yù)警方法指標(biāo)633.1 設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案3.2 礦震規(guī)律分析3.3 監(jiān)測(cè)預(yù)警方法指標(biāo)3.4 卸壓解危措施3、防治方案興安煤礦四水平11層1-3區(qū)二段工作面643.4 卸壓解危措施卸壓解危措施治理技術(shù)頂板治理煤層治理底板治理傾向預(yù)裂爆破走向預(yù)裂爆破注水軟化大直徑鉆孔卸壓深孔卸壓爆破淺孔松動(dòng)爆

18、破巷道卸壓爆破65煤體大直徑鉆孔卸壓鉆孔間距：鉆孔直徑為113mm，鉆孔間距可取1m；鉆孔深度：現(xiàn)場(chǎng)施工15m可滿足要求；布置方案：超前工作面100m，三花眼。3.4 卸壓解危措施66走向切頂深孔爆破為使堅(jiān)硬老頂充分破碎，取爆破孔間距5m，傾角75，孔深69m。3.4 卸壓解危措施67人工破斷頂板步距為正常來(lái)壓步距的46.4%；周期來(lái)壓步距為30m，爆破步距15m。傾斜切頂深孔爆破3.4 卸壓解危措施68高壓定向水力致裂垮落帶高度為 32 m，致裂深度為32m以上注水壓力：埋深650m，頂板抗拉強(qiáng)度5MPa，則注水壓力為27.6MPa3.4 卸壓解危措施煤體高壓注水濕潤(rùn)半徑：8.23m；注水孔間距：16m69 防護(hù)措施4704、防護(hù)措施技術(shù)管理規(guī)定工作面加強(qiáng)端頭支護(hù)和超前支護(hù)，提高上下端頭和切頂線的支護(hù)強(qiáng)度，加大兩巷超前