綠色開采會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綠色開采理論與實踐國際研討會2/3/20232匯報提綱研究背景1監(jiān)測系統(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)生機理5沖擊地壓綜合防治技術(shù)46主要認(rèn)識及討論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)生地點大多數(shù)采深在500m以上，采深超過1000m的有13個山東省平均采深已超過600m，是我國沖擊地壓最嚴(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、機理研究側(cè)重于模型、理論4、實驗室研究受到尺度效應(yīng)的影響沖擊地壓目前仍是一項世界難題，一定的理論探討和實驗室的實驗是非常必要的，但在目前的技術(shù)及監(jiān)測水平下，綜合利用現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和實際表現(xiàn)出的動壓現(xiàn)象進行分析不失為一種可行有效的方法，且是最接近實際的一種方法。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)生機理不太清楚。

當(dāng)前我國煤礦開采深度日益增大，動力災(zāi)害日趨頻繁，對深部條件下的動力災(zāi)害研究正成為熱點。但在新疆等西部省區(qū)，開采深部普遍較低的背景下，已有多個礦在淺埋深條件下發(fā)生了沖擊地壓。因此，對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

實驗、監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場礦壓顯現(xiàn)分析沖擊地壓機理優(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)力測試建立沖擊地壓監(jiān)測技術(shù)多種措施解危后進行試驗推進2/3/20239煤巖力學(xué)及地應(yīng)力測試結(jié)果

項目樣別單向抗壓強度/MPa單向抗拉強度/MPa彈性模量/GPa泊松比凝聚力/MPa內(nèi)摩擦角/°強度公式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項目樣別抗壓強度/MPa抗拉強度/MPa彈模/GPa泊松比凝聚力/MPa內(nèi)摩擦角/°強度公式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樣別項目動態(tài)破壞時間DT/ms沖擊能量指數(shù)/KE彈性能量指數(shù)/WET單軸抗壓強度/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)果強沖擊傾向性強沖擊傾向性強沖擊傾向性強沖擊傾向性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項目樣別載荷/MPa彈性模量/GPa抗拉強度/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///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///348.49沖擊傾向性強沖擊B4-1煤底板細(xì)砂巖底板0.4134.063.031.14合計///1.14沖擊傾向性無沖擊巖層沖擊傾向性2/3/202313地應(yīng)力測試原理：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

2/3/202314鉆孔編號測點位置主應(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)力測試結(jié)果2/3/202315三、監(jiān)測系統(tǒng)建立監(jiān)測體系的必要性和原則對沖擊地壓進行有效防治的前提是必須弄清沖擊地壓的危險區(qū)域和危險時期。沖擊地壓眾多監(jiān)測手段各自的監(jiān)測對象和監(jiān)測范圍不盡相同，必須根據(jù)每種監(jiān)測手段的特點建立沖擊地壓監(jiān)測體系，形成點、面和空間范圍相結(jié)合的全方位監(jiān)測體系，這樣才能有效識別沖擊地壓危險源，從而有針對性地采取防治措施。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2/3/202317支架壓力監(jiān)測在W1143工作面下部安裝4臺支架壓力記錄儀，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、升全過程。分析支架初撐力、末阻力、推進度、來壓步距。安全閥開啟來壓前來壓后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2/3/202321微震監(jiān)測探頭布置2/3/202322試驗推進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)人員進入工作面接班后，采煤機司機將停在33#支架處的采煤機開啟空刀下行到機頭，正式割煤進刀，下部三角煤割完后，采煤機空刀上行，當(dāng)采煤機上行到9#至17#支架時，突然發(fā)生一聲巨響，底板震動、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，是在采煤機完成斜切進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，由于支架沒及時前移，空頂距過大，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，加上此時處于工作面來壓的特殊時期，更加劇了煤壁應(yīng)力集中程度，在煤體自身強沖擊傾向性的誘導(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，有明顯震感，位于14～20#架間。2/3/2023252/3/202326微震監(jiān)測覆巖活動規(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推進速度與微震能量及頻次的關(guān)系2/3/2023322/3/202332沖擊地壓機理

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