頂板災(zāi)害預(yù)警及防治技術(shù)

主要內(nèi)容頂板災(zāi)害嚴(yán)峻形勢(shì)頂板災(zāi)害主要誘因分析頂板災(zāi)害防治思路頂板災(zāi)害防治途徑頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警裝備

應(yīng)用情況一點(diǎn)認(rèn)識(shí)第一頁(yè)，共41頁(yè)。第一頁(yè)，共41頁(yè)。一、頂板災(zāi)害嚴(yán)峻形勢(shì)我國(guó)煤礦頂板事故總起數(shù)和總死亡人數(shù)一直處于各類(lèi)事故之首?！笆晃濉逼陂g，頂板事故發(fā)生起數(shù)和死亡人數(shù)分別占事故總起數(shù)和死亡總?cè)藬?shù)的52.9%和38.1%；第二頁(yè)，共41頁(yè)。第二頁(yè)，共41頁(yè)。

“十一五”期間全國(guó)煤礦事故按類(lèi)別統(tǒng)計(jì)表事故類(lèi)別2006年2007年2008年2009年2010年事故起數(shù)死亡人數(shù)事故起數(shù)死亡人數(shù)事故起數(shù)死亡人數(shù)事故起數(shù)死亡人數(shù)事故起數(shù)死亡人數(shù)頂板163319021299151810321222805939702829瓦斯32713192721084182778157755145623機(jī)電9493908610610997977178運(yùn)輸467517409453348400285319246281放炮78906977395545753437水害10041763255592634716638224火災(zāi)72610721111143112168其它239382209241177277176249155193合計(jì)2945474624213786195432151616263114032433第三頁(yè)，共41頁(yè)。第三頁(yè)，共41頁(yè)。事故類(lèi)別事故起數(shù)死亡人數(shù)頂板567665瓦斯119533機(jī)電5757運(yùn)輸239279放炮3235水害44192火災(zāi)434其它139178合計(jì)120119732011年全國(guó)煤礦事故統(tǒng)計(jì)表2011年各類(lèi)事故起數(shù)所占比例2011年各類(lèi)事故死亡人數(shù)所占比例第四頁(yè)，共41頁(yè)。第四頁(yè)，共41頁(yè)。4起，28.6%12人，24.0%6起，42.9%23人，46.0%2起，14.3%8人，16.0%2起，14.3%7人，14.0%2011年較大頂板事故按發(fā)生地點(diǎn)統(tǒng)計(jì)第五頁(yè)，共41頁(yè)。第五頁(yè)，共41頁(yè)。序號(hào)礦名、工作面名稱(chēng)支架工作阻力/kN壓架情況1華能扎賚諾爾鐵北礦、靈泉礦8000多次壓架2神東集團(tuán)榆家梁礦10600多次壓架3同煤塔山礦8102、8103綜放面13000頻繁壓架4伊泰納林廟一號(hào)井/酸刺溝礦6800/15000多次壓架5新汶龍固煤礦1301綜放面11000多次壓架6皖北煤電祁東煤礦6130，7130工作面，采高2.6m。4400多次頻繁壓架近年來(lái)發(fā)生的壓架事故第六頁(yè)，共41頁(yè)。第六頁(yè)，共41頁(yè)。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(lái)，隨著煤礦開(kāi)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(guò)15000KN，國(guó)有大型煤礦依然頻繁發(fā)生壓架事故。實(shí)踐證明，頂板事故的發(fā)生呈現(xiàn)新特點(diǎn)，不僅要開(kāi)展科學(xué)系統(tǒng)的礦壓理論研究，更要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與管理。頂板事故形勢(shì)嚴(yán)峻，呈現(xiàn)新特點(diǎn)第七頁(yè)，共41頁(yè)。第七頁(yè)，共41頁(yè)。

支架低頭壓死狀態(tài)支架前端臺(tái)階下沉冒頂情況巷道冒頂沖擊地壓支架立柱穿入頂梁第八頁(yè)，共41頁(yè)。第八頁(yè)，共41頁(yè)。2頂板災(zāi)害主要誘因分析煤層開(kāi)采條件（埋深、煤層厚度、傾角、構(gòu)造、煤巖體強(qiáng)度）

采煤方法（房柱式、炮采、普采、綜采，大采高綜采、綜放開(kāi)采、分層開(kāi)采）裝備水平（采掘面機(jī)械化程度、支護(hù)方式及強(qiáng)度）采掘工作面布置（應(yīng)力集中）操作、管理水平第九頁(yè)，共41頁(yè)。第九頁(yè)，共41頁(yè)。1981～2004年國(guó)有重點(diǎn)煤礦采煤機(jī)械化程度與百萬(wàn)噸死亡率間關(guān)系（摘自《中國(guó)工程院咨詢(xún)項(xiàng)目“煤礦災(zāi)害防治的技術(shù)與對(duì)策”》）

第十頁(yè)，共41頁(yè)。第十頁(yè)，共41頁(yè)。三、頂板災(zāi)害防治總體思路了解對(duì)象優(yōu)化設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)預(yù)警及時(shí)治理

第十一頁(yè)，共41頁(yè)。第十一頁(yè)，共41頁(yè)。四、頂板災(zāi)害防治主要途徑（1）了解頂板控制對(duì)象，評(píng)價(jià)頂板危險(xiǎn)性

基礎(chǔ)參數(shù)：了解開(kāi)采條件、進(jìn)行煤巖體物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試、地應(yīng)力測(cè)量及沖擊傾向性鑒定；

精細(xì)地質(zhì)勘探：采掘面構(gòu)造超前探測(cè)，預(yù)測(cè)礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度，評(píng)價(jià)頂板災(zāi)害發(fā)生危險(xiǎn)性（采掘過(guò)程中發(fā)生片幫、冒頂、切頂、壓架、沖擊地壓等）。第十二頁(yè)，共41頁(yè)。第十二頁(yè)，共41頁(yè)。巷道超前構(gòu)造探測(cè)(MSP)KDZ1114-6B30第十三頁(yè)，共41頁(yè)。第十三頁(yè)，共41頁(yè)。MPTMPTMPTMWP回采面超前探測(cè)裝備PASATM便攜式微震監(jiān)測(cè)儀第十四頁(yè)，共41頁(yè)。第十四頁(yè)，共41頁(yè)。回采面超前探測(cè)結(jié)果圖1縱波波速CT反演切片圖（單位m/ms）

第十五頁(yè)，共41頁(yè)。第十五頁(yè)，共41頁(yè)。四頂板災(zāi)害防治主要途徑（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)，防范頂板災(zāi)害優(yōu)化采區(qū)布置與采掘接替，避免形成大的應(yīng)力集中與動(dòng)壓疊加；選擇合理支護(hù)方式及支護(hù)強(qiáng)度；針對(duì)頂板危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域制訂頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)方案和防治預(yù)案。第十六頁(yè)，共41頁(yè)。第十六頁(yè)，共41頁(yè)。四、頂板災(zāi)害防治主要途徑（3）對(duì)頂板災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警采用最新開(kāi)發(fā)的KJ21頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。建立“頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)”，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心和展示平臺(tái)，消除信息壁壘和信息孤島，實(shí)現(xiàn)頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)信息的互聯(lián)、互享、互動(dòng)。第十七頁(yè)，共41頁(yè)。第十七頁(yè)，共41頁(yè)。四、頂板災(zāi)害防治主要途徑（4）及時(shí)對(duì)頂板災(zāi)害進(jìn)行解危檢修支架供液系統(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(shí)、擦頂移架，改善回采工藝等；堅(jiān)硬頂板處理、破碎頂板加固、個(gè)體防護(hù)（如沖擊地壓、大傾角-急傾斜工作面防飛石傷人）、卸壓解危（大面積頂板來(lái)壓、沖擊地壓）、加強(qiáng)巷道支護(hù)。第十八頁(yè)，共41頁(yè)。第十八頁(yè)，共41頁(yè)。堅(jiān)硬頂板弱化處理第十九頁(yè)，共41頁(yè)。第十九頁(yè)，共41頁(yè)。支架工作阻力曲線心電圖曲線工作面推進(jìn)速度初撐力合格率來(lái)壓步距及強(qiáng)度立柱竄液或損壞安全閥開(kāi)啟率支架支撐效率。。。。。。加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)警是頂板災(zāi)害防治的重中之重。第二十頁(yè)，共41頁(yè)。第二十頁(yè)，共41頁(yè)。五頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警裝備與技術(shù)普通礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)地音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)KJ21頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及預(yù)警平臺(tái)第二十一頁(yè)，共41頁(yè)。第二十一頁(yè)，共41頁(yè)。國(guó)內(nèi)普通礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

礦井頂板災(zāi)害的發(fā)生具有瞬間性，目前國(guó)內(nèi)礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)循檢時(shí)間一般為5～30min，無(wú)法全部捕捉到準(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(cè)系統(tǒng)。第二十二頁(yè)，共41頁(yè)。第二十二頁(yè)，共41頁(yè)。

采礦所開(kāi)發(fā)了以KJ21頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為核心的“頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警平臺(tái)”。

2012年采礦所主持完成的“礦井頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目獲中國(guó)煤炭工業(yè)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；

2013年3月，我所完成的“基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的高可靠性頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”被專(zhuān)家鑒定為“國(guó)際領(lǐng)先水平”。KJ21頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介第二十三頁(yè)，共41頁(yè)。第二十三頁(yè)，共41頁(yè)。工作面支架阻力監(jiān)測(cè)支架狀態(tài)監(jiān)測(cè)巷道離層監(jiān)測(cè)煤巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)巷道錨桿錨索受力監(jiān)測(cè)巷道變形監(jiān)測(cè)視頻監(jiān)測(cè)光纖環(huán)網(wǎng)無(wú)線通訊系統(tǒng)KJ21系統(tǒng)硬件架構(gòu)第二十四頁(yè)，共41頁(yè)。第二十四頁(yè)，共41頁(yè)。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(jí)。第二十五頁(yè)，共41頁(yè)。第二十五頁(yè)，共41頁(yè)。初撐力點(diǎn)移架時(shí)長(zhǎng)58s記錄點(diǎn)兩種采樣模式實(shí)施效果對(duì)比曲線定時(shí)采集曲線智能采集曲線2012年3月20日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)第二十六頁(yè)，共41頁(yè)。第二十六頁(yè)，共41頁(yè)。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(lái)壓步距，安全閥開(kāi)啟率、不保壓率。第二十七頁(yè)，共41頁(yè)。第二十七頁(yè)，共41頁(yè)。危險(xiǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)斷面圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果離層特色三：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，錨桿及錨索受力增長(zhǎng)速度。第二十八頁(yè)，共41頁(yè)。第二十八頁(yè)，共41頁(yè)。特色四：建立了頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)以“智能化采集模式”及“礦壓數(shù)據(jù)智能分析模型”為基礎(chǔ)，將礦壓理論與實(shí)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(cè)預(yù)警指標(biāo)、預(yù)警閥值及預(yù)警準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)頂板災(zāi)害的智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)警。該項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)2012年被國(guó)家局確定為“四個(gè)一批”推廣項(xiàng)目（安監(jiān)總科技［2012］119號(hào)文件。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。第二十九頁(yè)，共41頁(yè)。第二十九頁(yè)，共41頁(yè)。礦監(jiān)測(cè)主機(jī)集團(tuán)服務(wù)器平臺(tái)物理架構(gòu)井下系統(tǒng)展示平臺(tái)第三十頁(yè)，共41頁(yè)。第三十頁(yè)，共41頁(yè)。平臺(tái)邏輯結(jié)構(gòu)第三十一頁(yè)，共41頁(yè)。第三十一頁(yè)，共41頁(yè)。第三十二頁(yè)，共41頁(yè)。第三十二頁(yè)，共41頁(yè)。第三十三頁(yè)，共41頁(yè)。第三十三頁(yè)，共41頁(yè)。第三十四頁(yè)，共41頁(yè)。第三十四頁(yè)，共41頁(yè)。第三十五頁(yè)，共41頁(yè)。第三十五頁(yè)，共41頁(yè)。六、監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例酸刺溝礦千萬(wàn)噸綜放工作面頻繁壓架酸刺溝：6上105-2綜放工作面開(kāi)采初期，發(fā)生過(guò)多次大面積壓架事故，工作面無(wú)法正常生產(chǎn)。采用該系統(tǒng)加強(qiáng)觀測(cè)和預(yù)警后，工作面實(shí)現(xiàn)了正常生產(chǎn)。第三十六頁(yè)，共41頁(yè)。第三十六頁(yè)，共41頁(yè)。酸刺溝煤礦：支架支護(hù)強(qiáng)度低，安全閥長(zhǎng)期開(kāi)啟第三十七頁(yè)，共41頁(yè)。第三十七頁(yè)，共41頁(yè)。華能扎賚諾爾礦綜放工作面無(wú)法達(dá)產(chǎn)鐵北礦：在鐵北礦在沒(méi)有采用該系統(tǒng)時(shí)，右三片工作面最高月產(chǎn)量只有21萬(wàn)t，工作面時(shí)常發(fā)生壓架頂板事故，在采用該系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了工作面頂板災(zāi)害的及時(shí)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)31.2萬(wàn)t。第三十八頁(yè)，共41頁(yè)。第三十八頁(yè)，共41頁(yè)。鐵北礦：支架初撐力低，液壓系統(tǒng)不保壓第三十九頁(yè)，共41頁(yè)。第三十九頁(yè)，共41頁(yè)。六、應(yīng)用情況

KJ21頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已累計(jì)已銷(xiāo)售近150套，市場(chǎng)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(kāi)灤集團(tuán)、伊泰集團(tuán)等國(guó)內(nèi)大型煤炭集團(tuán)下屬煤礦和