綠色開采會(huì)議沖擊地壓專家講座

2011年9月25日天地科技股份有限公司淺埋深回采工作面沖擊地壓機(jī)理及防治研究藍(lán)航博士、高工研究室主任2011綠色開采理論與實(shí)踐國(guó)際研討會(huì)2/3/20232匯報(bào)提綱研究背景1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)3工作面礦壓顯現(xiàn)分析4工作面概況2沖擊地壓發(fā)生機(jī)理5沖擊地壓綜合防治技術(shù)46主要認(rèn)識(shí)及討論72/3/20233一、研究背景1、沖擊地壓與開采深度的關(guān)系2、發(fā)生地點(diǎn)大多數(shù)采深在500m以上，采深超過(guò)1000m的有13個(gè)山東省平均采深已超過(guò)600m，是我國(guó)沖擊地壓最嚴(yán)重的地區(qū)寬溝礦采深僅300多m，大洪溝礦280m，堿溝礦240m，鐵廠溝礦175m煤層沖擊最常見，也有頂板和底板沖擊掘進(jìn)及回采巷道沖擊遠(yuǎn)多于工作面沖擊，大多為煤層沖擊，也有巖爆寬溝礦沖擊頻繁發(fā)生在工作面2/3/202343、機(jī)理研究側(cè)重于模型、理論4、實(shí)驗(yàn)室研究受到尺度效應(yīng)的影響沖擊地壓目前仍是一項(xiàng)世界難題，一定的理論探討和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)是非常必要的，但在目前的技術(shù)及監(jiān)測(cè)水平下，綜合利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際表現(xiàn)出的動(dòng)壓現(xiàn)象進(jìn)行分析不失為一種可行有效的方法，且是最接近實(shí)際的一種方法。2/3/20235二、工作面概況2/3/20236“10.8”沖擊地壓災(zāi)害

主要特征：1、埋深淺2、工作面發(fā)生2/3/20237研究意義1、“10.8”

沖擊地壓災(zāi)害是新疆首例；2、表現(xiàn)特征較特殊；3、發(fā)生機(jī)理不太清楚。

當(dāng)前我國(guó)煤礦開采深度日益增大，動(dòng)力災(zāi)害日趨頻繁，對(duì)深部條件下的動(dòng)力災(zāi)害研究正成為熱點(diǎn)。但在新疆等西部省區(qū)，開采深部普遍較低的背景下，已有多個(gè)礦在淺埋深條件下發(fā)生了沖擊地壓。因此，對(duì)這種淺埋深回采工作面發(fā)生的沖擊地壓不容忽視。2/3/20238技術(shù)路線

實(shí)驗(yàn)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)分析沖擊地壓機(jī)理優(yōu)化沖擊地壓防治方法及參數(shù)開展煤、巖力學(xué)性質(zhì)及地應(yīng)力測(cè)試建立沖擊地壓監(jiān)測(cè)技術(shù)多種措施解危后進(jìn)行試驗(yàn)推進(jìn)2/3/20239煤巖力學(xué)及地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

項(xiàng)目樣別單向抗壓強(qiáng)度/MPa單向抗拉強(qiáng)度/MPa彈性模量/GPa泊松比凝聚力/MPa內(nèi)摩擦角/°強(qiáng)度公式1-1B4-1煤117.581.784.090.193.8137.49τ=3.81+σtg37.49°225.982.6310.400.37327.762.206.620.23平均值23.772.217.040.261-2B4-1煤134.231.8210.140.31234.391.854.900.33332.881.808.760.37平均值33.831.837.930.342-1B4-2煤18.092.273.140.127.0830.10τ=7.08+σtg30.10°212.871.783.470.18318.012.103.700.23平均值12.992.083.440.182-2B4-2煤1/1.892.30.102/1.82.420.173/1.882.400.32平均值/1.852.360.24煤層力學(xué)性質(zhì)2/3/202310項(xiàng)目樣別抗壓強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa彈模/GPa泊松比凝聚力/MPa內(nèi)摩擦角/°強(qiáng)度公式3-2B4-1煤粗砂巖頂板155.364.0333.730.0621.6329.98τ=21.63+σtg29.98°279.524.9317.900.29368.014.5126.110.19平均67.444.4825.820.184-2B4-1煤粉砂巖頂板181.298.9622.700.2317.3030.22τ=17.30+σtg30.22°267.754.8217.430.20375.235.9918.370.21平均74.526.8920.070.225-2B4-1煤細(xì)砂巖底板135.743.0323.310.2021.3828.86τ=21.38+σtg28.86°248.863.2044.810.21343.233.1835.110.21平均42.33.1734.060.216-2B4-2煤粗砂巖頂板1104.014.8651.960.2623.2829.02τ=23.28+σtg29.02°2101.295.4645.670.213103.105.1048.100.24平均102.655.1648.820.2357-2B4-2煤細(xì)砂巖頂板156.875.2313.740.4325.6226.77τ=25.62+σtg26.77°268.224.3542.850.26385.907.57119.110.144/7.92//5/8.07//平均70.336.6358.570.288-2B4-2煤粉砂巖頂板131.962.5620.110.0216.2231.74τ=16.22+σtg31.74°235.82.122.210.03334.202.3522.350.02平均33.882.3321.160.025巖層力學(xué)性質(zhì)2/3/202311樣別項(xiàng)目動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間DT/ms沖擊能量指數(shù)/KE彈性能量指數(shù)/WET單軸抗壓強(qiáng)度/UCS備注B4-1煤

1412.683.5517.58取自W1143工作面2810.1711.6925.98333.963.4427.764234.184.3733.835262.809.96/平均值136.766.6026.29沖擊傾向性判定結(jié)果強(qiáng)沖擊傾向性強(qiáng)沖擊傾向性強(qiáng)沖擊傾向性強(qiáng)沖擊傾向性B4-2煤154.285.378.09取自W1143上、下順槽2273.144.8912.873203.163.7518.01482.746.79/5191.542.52/平均值15.82.974.6712.99沖擊傾向性判定結(jié)果強(qiáng)沖擊傾向性弱沖擊傾向性弱沖擊傾向性弱沖擊傾向性B4-2煤1116.683.028.09取自W1143上、下順槽2301.945.3712.873433.163.0218.014573.874.07/5755.564.87/平均值434.244.0712.99沖擊傾向性判定結(jié)果強(qiáng)沖擊傾向性弱沖擊傾向性弱沖擊傾向性弱沖擊傾向性煤層沖擊傾向性2/3/202312項(xiàng)目樣別載荷/MPa彈性模量/GPa抗拉強(qiáng)度/MPa彎曲能量指數(shù)/kJB4-1煤頂板粗砂巖直接頂0.5534.534.6552.75粉砂巖基本頂0.1520.086.2548.38合計(jì)///101.13沖擊傾向性弱沖擊B4-2煤頂板粗砂巖直接頂0.1034.534.657.32細(xì)砂巖基本頂0.1258.576.6313.11粉砂巖基本頂0.5420.086.25328.06合計(jì)///348.49沖擊傾向性強(qiáng)沖擊B4-1煤底板細(xì)砂巖底板0.4134.063.031.14合計(jì)///1.14沖擊傾向性無(wú)沖擊巖層沖擊傾向性2/3/202313地應(yīng)力測(cè)試原理：空芯包體應(yīng)力解除法儀器：KX-81型空芯包體式三軸地應(yīng)力計(jì)

2/3/202314鉆孔編號(hào)測(cè)點(diǎn)位置主應(yīng)力類別主應(yīng)力值/MPa方位角/°傾角/°11255單軌巷道最大主應(yīng)力б113.2184.83.4中間主應(yīng)力б26.542.685.7最小主應(yīng)力б35.595.0-2.721255單軌巷道最大主應(yīng)力б112.8183.1-9.9中間主應(yīng)力б27.543.6-77.0最小主應(yīng)力б36.894.58.331255單軌巷道最大主應(yīng)力б113.9183.7-9.73中間主應(yīng)力б28.147.62-76.61最小主應(yīng)力б37.3795.279.11地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果2/3/202315三、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立監(jiān)測(cè)體系的必要性和原則對(duì)沖擊地壓進(jìn)行有效防治的前提是必須弄清沖擊地壓的危險(xiǎn)區(qū)域和危險(xiǎn)時(shí)期。沖擊地壓眾多監(jiān)測(cè)手段各自的監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)范圍不盡相同，必須根據(jù)每種監(jiān)測(cè)手段的特點(diǎn)建立沖擊地壓監(jiān)測(cè)體系，形成點(diǎn)、面和空間范圍相結(jié)合的全方位監(jiān)測(cè)體系，這樣才能有效識(shí)別沖擊地壓危險(xiǎn)源，從而有針對(duì)性地采取防治措施。2/3/202316

第1米第2米第3米第4米第5米第6米第7米第8米第9米第10米每米鉆屑量/kg1.661.731.792.021.922.01.992.181.842.17分段平均鉆屑量(kg/m)1.802.01臨界煤粉指數(shù)1.1251.5臨界鉆屑量(kg/m)2.033.02平均值(kg/m)2.52鉆屑法監(jiān)測(cè)2/3/202317支架壓力監(jiān)測(cè)在W1143工作面下部安裝4臺(tái)支架壓力記錄儀，分別位于5#、15#、25#和35#支架處。支架壓力直接反映頂板狀態(tài)2/3/202318降架移架升架采煤機(jī)割煤

壓力每變化0.1MPa（可調(diào)）記錄一次數(shù)據(jù)，最短1s記錄一次數(shù)據(jù)，可準(zhǔn)確記錄支架降、移、升全過(guò)程。分析支架初撐力、末阻力、推進(jìn)度、來(lái)壓步距。安全閥開啟來(lái)壓前來(lái)壓后2/3/202319切頂線在支架頂梁后方附近切頂線在煤壁附近后柱前柱加權(quán)工作阻力KN后柱前柱加權(quán)工作阻力KN切頂線在采空區(qū)后方后柱前柱加權(quán)工作阻力KN2/3/202320微震監(jiān)測(cè)2/3/202321微震監(jiān)測(cè)探頭布置2/3/202322試驗(yàn)推進(jìn)階段的防治措施巷道超前預(yù)裂頂板；

煤體爆破卸壓；卸壓硐室；

工作面底煤處理；

全斷面切頂；

上下端頭切頂；

頂板注水；

煤體注水；

2/3/202323四、W1143工作面沖擊地壓機(jī)理3月13日礦壓顯現(xiàn)分析2011年3月13日中班，作業(yè)人員進(jìn)入工作面接班后，采煤機(jī)司機(jī)將停在33#支架處的采煤機(jī)開啟空刀下行到機(jī)頭，正式割煤進(jìn)刀，下部三角煤割完后，采煤機(jī)空刀上行，當(dāng)采煤機(jī)上行到9#至17#支架時(shí)，突然發(fā)生一聲巨響，底板震動(dòng)、作業(yè)人員被彈起，電纜從電纜槽內(nèi)拋出、一根調(diào)整支撐刮板輸送機(jī)的單體從底板拋起落到電纜槽上，在17#至26#支架段工作面煤壁上部煤體沖出，發(fā)生片幫、揚(yáng)起大量的粉塵，底鼓嚴(yán)重，煤壁沖擊拋出煤體有數(shù)十噸，大部分被拋到刮板輸送機(jī)上、少量被拋到支架中間。此次礦壓顯現(xiàn)的原因，是在采煤機(jī)完成斜切進(jìn)刀并在割完下部三角煤上行至工作面16#支架至28#支架之間時(shí)，由于支架沒及時(shí)前移，空頂距過(guò)大，造成頂板下沉的壓力沒被支架承擔(dān)，而轉(zhuǎn)移到工作面煤壁前方，造成煤壁應(yīng)力集中，加上此時(shí)處于工作面來(lái)壓的特殊時(shí)期，更加劇了煤壁應(yīng)力集中程度，在煤體自身強(qiáng)沖擊傾向性的誘導(dǎo)下，形成了此次礦壓顯現(xiàn)。2/3/202324246月12日礦壓顯現(xiàn)分析6月12日19:34、23:13和23:30分左右在工作面產(chǎn)生3次震動(dòng)，有明顯震感，位于14～20#架間。2/3/2023252/3/202326微震監(jiān)測(cè)覆巖活動(dòng)規(guī)律2/3/202327能量<104J104J<能量<105J105J<能量2/3/202328工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律支架初撐力分布35#支架25#支架15#支架2/3/202329支架工作阻力分布35#支架25#支架15#支架2/3/202330支架循環(huán)末阻力分布35#支架25#支架15#支架2/3/2023312/3/20232/3/2023推進(jìn)速度與微震能量及頻次的關(guān)系2/3/2023322/3/202332沖擊地壓機(jī)理

寬溝煤礦工作面動(dòng)力災(zāi)害的最主要致災(zāi)因素是B4-1煤層頂板及其上的堅(jiān)硬厚層覆巖，寬溝煤礦工作面動(dòng)力災(zāi)害類型為頂板型沖擊地壓。推進(jìn)速度過(guò)快煤體應(yīng)力高度集中，積聚大量彈性能強(qiáng)沖擊傾向性煤體堅(jiān)硬頂板懸頂動(dòng)載沖擊地壓33沖擊地壓防治原則主