深部采动煤岩冲击矿压防治研究

窦林名教授中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室深部采动煤岩冲击矿压防治研究2010年中国煤矿瓦斯治理国际研讨会汇报内容1.冲击发生原因及控制原理2.构造区应力分布与冲击规律3.冲击矿压的分区分级预警技术4.冲击矿压的防治技术1.冲击发生的原因及控制原理压力（煤柱）型冲击（顶板或构造）型冲击压力（复合）型压力（煤柱）型：煤柱在高应力作用下，聚集的能量突然释放，造成煤岩体的冲击破坏。冲击（顶板或构造）型：由于煤层顶板厚岩层突然破断或滑移（或构造应力突然释放），造成巷道周围煤岩体的破坏冲击。1）冲击矿压的类型强度准则是煤体的破坏准则，而能量准则和冲击倾向性是突然破坏准则。三个准则同时满足，才是发生冲击矿压的充分必要条件③②＞①）、、、、1KK11][(*EE*dtdWdtdWdtdWfffffDSE543212）冲击矿压的强度弱化减冲原理2）冲击矿压的强度弱化减冲原理工作面震源UwLUfUjUU0强度弱化之前强度弱化之后tUtcotfUtUUUeUdtdTTUdtdUdtdUtUtttt一是采取松散煤岩体的方式，降低煤岩体的强度冲击倾向性，使得冲击危险性降低；二是对煤岩体的强度进行弱化后，使得应力高峰向岩体深部转移，并降低应力集中程度；三是采取一定的减冲解危措施后，使得发生冲击压时，降低冲击的强度。3）巷道围岩的强弱强结构效应外强结构－冲击传递区的大结构中间的弱结构－消波吸能区内强结构－支护保护区小结构Bro震源dC支护小结构（强）drxr外部大结构（强）松散弱结构（弱）tKcabFNMSTfAH3412h支护巷道在震源冲击下发生破坏的判据ZABABABdtrrhtrd))(1()(22巷道防冲控制对策减少外界震源扰动载荷设置弱结构，使得波传播的能量衰减指数增加提高支护强度dZAB4）组合煤岩的冲击倾向性特征冲击能指数与顶板和煤层高度比值之间的线性关系曲线当顶板与煤层高度比值大于0.6时，顶板高度越高，冲击能指数越大，则冲击倾向性就越强y=5.4085x-3.4895R2=0.980601234560.70.80.911.11.21.31.41.51.61.7顶板与煤样高度比值冲击能指数采掘面组合煤岩体应力分布的数值模拟研究不同硬度顶板时垂直应力分布硬顶垂直应力分布图软顶垂直应力分布图不同顶板硬度远离采空区一侧煤体中的垂直应力分布020406080100120140160024681012141618202224262830距巷道帮距离/m垂直应力/MPa软顶硬顶坚硬顶板条件下煤体中的垂直应力要远高于软弱顶板时的情况，软顶时煤体中最大垂直应力下降了约45%。2.构造区应力分布与冲击规律（a）距向斜轴部80m（b）距向斜轴部66m（c）距向斜轴部50m（d）距向斜轴部25m工作面俯采时支承压力的变化规律构造区域冲击的危险性评价—褶曲a水平应力集中系数b垂直应力集中系数水平、垂直应力集中系数的变化规律推采相同距离时应力场变化规律比较0.00.51.01.52.02.53.03.50.020.040.060.080.0100.0距轴部距离/mKh仰采推进俯采推进0.00.51.01.52.02.53.03.54.0020406080100距轴部距离/mKv仰采推进俯采推进断层附近冲击危险的模拟研究工作面超前支承压力分布图01020304050607080900246810121416182022242628303234363840至工作面煤壁距离/m垂直应力/MPa60m40m30m20m10m开采导致的断层滑移量(工作面位于下盘）y=20671x-1.9373R2=0.787101002003004005000102030405060708090工作面距断层距离/m断层滑移量/mm工作面距断层20m3.冲击矿压的分区分级预警技术时间上从早期综合分析预测到即时预测：早期综合分析预测主要采用综合指数的方法，而即时预测则采用电磁辐射、微震和钻屑等方法空间上从区域预测到局部、点预测：区域预测局部预测点预测早期预测即时预测强度弱化减冲治理治理综合指数法微震法电磁辐射法钻屑法区域预测主要采用综合指数法和微震监测方法，而局部预测采用综合指数方法、微震法和电磁辐射法，点预测则采用钻屑方法逐级排除和确认冲击矿压危险，实现分级预测冲击矿压的危险等级及防冲对策危险等级危险状态危险指数防治对策A无危险0.25所有的采掘工作可正常进行。B弱危险0.25~0.5采掘工作过程中，加强冲击矿压危险的监测预报。C中等危险0.5~0.75进行采掘工作的同时，采取强度弱化减冲治理措施，消除冲击危险。D强危险0.75停止采掘作业，人员撤离危险地点。采取强度弱化减冲治理措施。采取措施后，通过监测检验，冲击危险消除后，方可进行下一步作业。125-631.2233.406.40-651.2-650.6-648.4-646.2-645.0-639.0-635.6-641.2-636.0-641.7-639.7-643.0-644.3-646.5-640.3-635.4T-631.4-631.6-640.2-645.4T-634.7T-632.6N16305N16307N16309N16311N16313N16317N16319N16208N16203N16210N16205N16212N16214N16207N16209N16211N16213N16217N16215交1N16315N16220N16222163下02原辅顺-651.4T-637.8N16303N16206交2163下02C胶顺163下03辅顺NC16201NC16203-641.9NC16205-644.8-647.1NC16207NC16209-643.3NC16211-639.1-635.5NC16213NC16217NC16215NC16219-632.3163下02胶顺-639.1交1-638.6N1KNC16200-652.3交3NC16208-643.6NC16206-647.2NC16204-647.2NC16202-648.8NC16210-641.7NC16212-640.7NC16214T-633.1L-634.8∠65°H=1.6mD16220FP15H=1.5m∠60°∠65°H=1.6mSF166∠56°H=2.0mSF293∠65°H=1.5m∠80°H=0.8mSF282∠80°H=2.0mFP46∠65°H=0.7mSF341FP12H=0.9m∠65°FP17H=0.8m∠80°FP18H=1.5m∠61°FP29H=0.7m∠35°D163494°∠75°H=1.2mD16223SF289FP41H=1.5m∠62°-640-650-6403.0m4.0m03.21.803.32.73.12.302.63.102.43.202.03.201.43.300.93.300.23.303.300.303.3（0.3）163下02C辅顺0.83.2(0.8)0.43.2(0.4)03.400.83.300.83.300.93.301.23.202.93.302.23.002.83.302.23.200.43.3003.5002.90.10.33.1（0.8）3.3（0.4）0.13.2（0.1）0.13.2（0.3）0.73.3（0.4）0.13.1003.1003.1（0.1）0.33.10.303.5003.30.20.14.1003.201.33.201.53.101.83.201.63.300.63.200.73.501.03.3（0.2）1.13.5（0.1）0.43.2（0.2）03.2（0.2）03.00N2-646.3N3-644.31.03.301.23.003.0m4.0m4.0m163下02C工作面03.3003.2(0.3)03.2(0.8)2.63.20切眼163下011#泄水巷163下02C联络巷2.63.20FP45H=1m∠55°111b-D013°4.079681453.644.3设计停采线-637.92.33.402.73.202.73.200.94.401.74.402.43.301.23.300.54.000.43.803.101.14.0004.00003.700.73.100.33.201.13.202.13.002.13.000.43.0003.0003.0003.0003.1003.2003.003.0m5.0m4.0m5.0m工作面二次见方,距切眼约270m断层危险区断层危险区10断层危险区打钻危险区打钻危险区15135,68断层危险区120工作面二次见方,距切眼约270m一般冲击危险区域一般冲击危险区域中偏强冲击中偏强冲击强冲击危险区域顶板动力危害重点区域强冲击危险区域顶板动力危害重点区域把辅顺和胶顺划分为三个危险区13001400150016001700180019002000130014001500160017001800190020006900692069406960690069206940696013001400150016001700180019002000130014001500160017001800190020006840686068806840686068801000110012001300140015001600170018001900200021002200230024002500260027002800290030001）工作面煤体弹性波CD透视技术华丰3406面130棚（0302-0316）050100150200t/d脉冲数冲击矿压1.7冲击矿压1.7030203040506070809101112131415161.31.72）冲击矿压的电磁辐射预测技术EME强度动态趋势系数KEEME脉冲数1.3Ew1.7Ew1.7Nw2.3Nw1.3KN1.71.72.3安全弱危险强危险冲击矿压与矿震矿震：是矿山开采引起的地震活动。按地点：开采面附近、地质不连续面的矿震。按成因：煤（矿）柱冲击型矿震、顶板冒落型矿震、顶板开裂型矿震、断层活动型矿震。矿山震动将引发冲击矿压和岩体卸压。冲击矿压：在高应力作用下，聚集的能量突然释放，造成煤岩体的冲击破坏、人员伤亡、地面建筑物破坏。3）矿山震动规律及冲击危险预测-101234562345678910log(E)log(n)NwNt•震动频次与能量级之间的关系；loglogbEanlog(n)=-0.8585ML+6.1955R2=0.997201234012345678log(E)log(n)0.00E+002.00E+054.00E+056.00E+058.00E+051.00E+061.20E+061.40E+061.60E+061.80E+062.00E+062007-12-272007-12-292007-12-312008-1-22008-1-42008-1-62008-1-82008-1-102008-1-122008-1-142008-1-162008-1-182008-1-202008-1-222008-1-242008-1-262008-1-282008-1-302008-2-12008-2-32008-2-52008-2-72008-2-92008-2-112008-2-132008-2-152008-2-172008-2-192008-2-212008-2-232008-2-252008-2-272008-2-292008-3-22008-3-42008-3-62008-3-82008-3-102008-3-122008-3-142008-3-162008-3-182008-3-202008-3-222008-3-242008-