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冲击地压预测预报技术天地科技股份有限公司开采设计事业部（煤炭科学研究总院开采设计研究分院）国家冲击地压情报中心站Tel：010-84263880，Email：xiayongxue@tdkcsj.com，网址：汇报人：夏永学副研究员“煤矿冲击地压科技万里行”系列活动——走进淄矿集团提纲一、概述二、冲击地压的可预测性三、开采前冲击危险性评价技术四、开采过程中冲击地压监测技术五、冲击地压预测预报方法与理论六、冲击地压远程监控技术一、概述国外冲击地压灾害现状5.63.64.25.24.54.13.24.63.53.33.53.03.54.04.55.05.56.0震级/ML德国加拿大前苏联南非波兰美国瑞典波兰英国法国捷克煤矿非煤矿山国外大多数国家对冲击地压矿井采取关闭措施一、概述冲击地压矿井及数量冲击地压矿井数量：142座冲击地压矿井数量与采深成正比增加采深以每年8-12m速度增加近5年来冲击事故超过200起国内冲击地压灾害现状中国煤炭资源按深度分布的储量一、概述冲击地压的危害之一：巨大的破坏力一、概述冲击地压的之二危害：巨大的人员伤亡最严重的冲击地压事故：1960年1月20日，南非CoalbrockNorth煤矿,432人死亡；2003年5月13日，芦岭煤矿，冲击地压诱发瓦斯爆炸，84人死亡；2004年6月6日，北京木城涧煤矿冲击地压，12人死亡；2004年9月12日，鹤岗峻德煤矿冲击地压，8人死亡；2005年2月14日，辽宁阜新孙家湾煤矿，冲击地压诱发的瓦斯突出，214人死亡，30人受伤；2008年6月5日，义煤集团千秋煤矿冲击地压，13人死亡、11人受伤；2011年11月3日，义煤集团千秋煤矿冲击地压，10人死亡，64人受伤；2012年11月17日，山东朝阳煤矿冲击地压，6人死亡；2013年1月12日，阜新矿业集团五龙煤矿冲击地压，8人死亡；2013年3月15日，鹤岗峻德煤矿冲击地压，5人死亡；。。。。。。德国的一次ML4.2矿震震害冲击地压的危害之三：对地表的影响1994年5月19日，北京矿务局门头沟煤矿发生的ML4.2矿震，致使5318间民房受损，直接经济损失300余万元。北票台吉煤矿1977年4月28日发生的ML=4.3矿震，是迄今为止我国记录到的最大一次矿震，极震区2km2，烈度Ⅶ度，有504户1164间民房受到不同程度破坏，地面上有12人受伤，台吉矿部分工业建筑遭受不同程度破坏。一、概述预测预报无法指导工程实践，单纯依靠增加工程投资提高巷道抗冲能力的防冲减灾思路并不现实；只有准确作出预测预报，才能使防治工作具有针对性，不但减小防冲成本，也提高了防治效果，可以大大减少人员伤亡和财产损失。冲击地压预测水平反映出一个国家的冲击地压研究工作水平。巨大的破坏性给预测预报提出了更高的要求矿工钢串梁五根架棚中线Φ18×1800锚杆Φ18×1800锚杆Φ17.8×8000锚索Φ22×2250锚杆巷道支护成本巨大，千秋矿采用锚杆+锚索+锚网＋钢带+36U型钢拱型可缩性支架+大立柱+防冲支架等复合支护体系，支护成本在3.5万元/m以上；一、概述提纲一、概述二、冲击地压的可预测性三、开采前冲击危险性评价技术四、开采过程中冲击地压监测技术五、冲击地压预测预报方法与理论六、冲击地压远程监控技术1、复杂性所有煤种均发生过冲击地压；采深：从深到浅，最浅200m，最大1400m；地质条件：从简单到复杂；煤层厚度：薄、中厚、厚、特厚；倾角：近水平、缓水平、大倾角、急倾斜；顶板：砂岩、灰岩、砾岩、页岩等；采煤方法：水采、炮采、普采、综采；采空区处理：长壁、短壁、房（柱）式。二、冲击地压的可预测性冲击地压预测预报是一探索性很强的世界性科学难题原因和机理很难弄清，异常复杂2、突发性过程及其短暂（持续几秒到十几秒）；没有明显的宏观前兆而突然发生，前兆信息难以捕捉，因而难以事先准确确定发生时间、地点和强度。3、影响因素与诱发因素的多样性影响因素地质因素：开采深度、煤岩层性质（冲击倾向性、坚硬顶底板、厚度变化、含水量…）、地质构造等；开采因素：采煤方法、巷道布置、顶板管理方式、开采顺序、煤柱宽度、开采速度、解危方式等；管理因素：重视程度、劳动组织、规章制度等。诱发因素煤柱失稳、顶板垮落、覆岩运动、断层活化、采掘扰动、巷道替棚、扩帮、回柱（移架）、爆破作业、天然地震等。二、冲击地压的可预测性4、力源、震源、显现位置的不一致性力源：大面积悬顶、煤柱应力、构造应力……震源：高位覆岩、坚硬顶板、坚硬底板、煤柱、断层……显现位置：巷道、工作面不一致性掩盖了冲击地压发生的本质。5、人为制约因素理论研究基础薄弱专业人员短缺资金困乏二、冲击地压的可预测性冲击地压与天然地震具有可比性矿山地震与天然地震之间不存在系统性的差异，大多数天然地震机理也均可用于矿山地震；矿震（冲击地压）研究的手段和方法大都源于天然地震。地震的可预测性（陈运泰、吴忠良、sykes、mogik等）：地震具有可预测性；目前地震总体预测水平较低，特别是短期、临震预测与社会需求有较大差距；对地震预测预报持谨慎乐观态度。地震的可预测性二、冲击地压的可预测性频发性岩体破坏的可观测性可入性冲击地压预测预报的研究基础远优于天然地震冲击地压Textinhere不可控性非频发性不可入性半可控性开采活动的可预知性冲击地压具有可预测性，预测预报的前景是乐观的结论：天然地震科拉超深钻：12263m（1970-1994）二、冲击地压的可预测性冲击地压的可预测性冲击地压提纲一、概述二、冲击地压的可预测性三、开采前冲击危险性评价技术四、开采过程中冲击地压监测技术五、冲击地压预测预报方法与理论六、冲击地压远程监控技术冲击倾向性：是识别煤岩体发生冲击破坏的能力、鉴定其是否具有发生冲击地压危险性的固有力学性质（GB/T25217.1-2010、GB/T25217.2-2010）。三、开采前冲击危险性评价技术E(kN)P(ms)TDCcPDT0CSPΦSEP(kN)ΦP△Ｌ(mm)0AsxAFEDC应力应变Q冲击能量指数KE=Es/Ex弹性能量指数WET=Esp/Est动态破坏时间Dt冲击倾向性实验室测定冲击危险性评价冲击危险性：是指井下工作区域在具体生产、地质条件下有发生冲击地压的可能性。它根据煤层、岩层条件及生产、地质条件综合评估得到。冲击危险性评价方法：经验类比法数值模拟法综合指数法地质动力区划法数量化理论动态权重法0.00E+005.00E+061.00E+071.50E+072.00E+072.50E+073.00E+073.50E+074.00E+074.50E+07504642383430262218141062261014182226303438侧向支承压力/Pa距巷帮距离推进20m推进40m推进60m推进80m推进100m推进120m推进140m工作面侧采空区侧顺槽三、开采前冲击危险性评价技术冲击危险区域划分危险区域划分结果冲击危险性高的区域应力集中区域—孤岛、煤柱、停采线、停采区非稳定区域--上层煤或解放层的停采线或边角工作面初次来压和见方区域两层煤巷道间的煤柱及巷道交叉断层带附近褶皱背、向斜核部接近采空区、煤柱、断层目的：监测、防治更有针对性；降低防治成本，提高防治效果三、开采前冲击危险性评价技术提纲一、概述二、冲击地压的可预测性三、开采前冲击危险性评价技术四、开采过程中冲击地压监测技术五、冲击地压预测预报方法与理论六、冲击地压远程监控技术矿井、采区工作面、巷道、特定危险区采动应力监测系统矿震监测系统微震监测系统电磁辐射监测系统地音监测系统冲击地压监测技术区域大范围局部小范围点范围支架受力监测系统弹性波CT探测系统……钻屑法冲击地压监测手段空间分类四、开采过程中冲击地压监测技术综合分级预测长期预测中期预测短期预测用于采矿方法与开采顺序的修改等长期性危险性冲击地压防治措施的设计•数值模拟•经验类比•微震监测圈定矿区内具有潜在危险性的区域及评估其危险性程度和变化趋势•微震监测•地音监测•应力监测冲击地压发生的时间预测，用于矿山安全预警，指导矿山相关部门采取解危措施以及撤离人员和设备•地音监测•应力监测•钻屑法监测容易预测较难预测极难预测四、开采过程中冲击地压监测技术冲击地压监测手段声波探测发射（声信号）岩石接收（声信号）比较（走时、相位、振幅等）岩石力学性质声波探测原理巷道超前探测地震波CT探测四、开采过程中冲击地压监测技术巷道超前探测-声波探测技术之一巷道超前探测原理专用于掘进巷道前方三维空间的工程地质、落差大于2m的断层、软弱破碎带、陷落柱等不良地质体的预测预报，有效探测距离大于200m。四、开采过程中冲击地压监测技术巷道超前探测示意图优点：探测范围远，成本低缺点：非连续性探测，可靠性还有待提高巷道超前探测-声波探测技术之一超前探测系统设计方案偏移成像结果巷道迎头主反射界面RF3主反射界面RF4偏移成像反射界面提取图70m120m异常提取界面四、开采过程中冲击地压监测技术1•落差大于1/3煤层厚度的断层或落差大于1m的断层2•陷落柱等构造影响的范围3•探测区内应力或瓦斯相对集中区等4•解危效果检验弹性波CT探测-声波探测技术之二优点：一次探测范围大，成本低，结果可靠缺点：非连续性探测四、开采过程中冲击地压监测技术PASAT-M型便携式微震探测系统锚杆作为传导媒介耦合质量四、开采过程中冲击地压监测技术波速梯度与冲击危险性的相关性高波速梯度区高波速区P波速度与震源位置对照图（天山—帕米尔结合带及其邻近地区）围岩波速结构波速大小异常区临巷距波速梯度四、开采过程中冲击地压监测技术波速大小角度表征——波速异常系数AC(AbnomalCofficient)0ppc0ppVVACVV•Vp—测区内某点纵波波速值；•Vp0—测区内纵波波速平均值；•Vpc—煤岩体极限纵波波速值。波速梯度角度表征——波速梯度系数GC(GradientCofficient)PPP22(,)(,)(,)()()VmnVxyGmnMaxdmxny•速度场中的梯度GP为波速变化率最大的方向上的波速变化率。冲击危险性评价模型四、开采过程中冲击地压监测技术煤岩层冲击危险性评价模型0pppc0cpppVVGCaACbGCabVVG煤岩层冲击危险性指数煤岩层冲击危险区域等级划分C值越大，表明该处异常发生动力破坏的可能性越大。该模型C值最大为1，最小值则取决于实测数据。波速异常区域提取图断层分布推断图四、开采过程中冲击地压监测技术案例分析之一：探测断层方位5.15冲击事件5月13日危险评价结果（刚恢复生产）根据探测结果进行了危险等级和区域的确定，根据评价结果采用有针对性的防治方法和对策5月14日和5月15日发生两起冲击地压，释放能量4.58*107J和2.2*108J，但由于提前采取了卸压和防范措施，未对生产造成影响5.14冲击事件四、开采过程中冲击地压监测技术案例分析之二：危险区域划分357911131517192123第一组第二组第三组试验炮药卷激发炮410风顺1爆破前爆破后爆破孔深25m：部分高应力转移至浅部爆破孔深20m：浅部应力得到充分释放爆破孔深15m：爆破影响巷道支护区支护效果四、开采过程中冲击地压监测技术案例分析之三：解危效果检验震源位置台站（探头位置）(xi，yi，zi，ti)(x0，y0，z0，t0)微震监测-声发射技术监测原理ARAMIS微震系统优点：监测范围大，具有精确的定位功能缺陷：投入大，对使用者要求较高四、开采过程中冲击地压监测技术pniiiii0ii0VzzyyxxttwtzyxF1202020000)()()(,,,）（发生的时间、地点：发生的强度：dSnUdtES