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张寅辽宁工程技术大学中煤能源研究院2019年5月30日2张寅,1997年毕业于中国矿业大学,工学博士,教授。孙越崎第十八届青年奖获得者,曾获得煤炭杰出科技工作者、河南省青年科技领军人物等称号。国家安全生产专家委员会成员,中国煤炭协会防冲击地压专委会委员,中国煤炭学会支护专业委员会、深部动力灾害委员会委员。出版专著一本,发表论文二十余篇,多项专利获国家授权。配合有关部门参与龙郓煤矿等多起事故调查处理。现为辽宁工程技术大学冲击地压研究院教授,中煤防冲控水中心主任。31.冲击地压的严重性一、冲击地压的严重性4担水沟冲击地压事故红阳三矿冲击地压事故龙郓煤矿冲击地压事故2.22,召开煤矿冲击地压深层研讨会5.07发改委正式下发《关于加强煤矿冲击地压源头治理的通知》5.15国家局下发《关于加强煤矿冲击地压防治工作的通知》一、冲击地压的严重性5采煤工作面冲击地压巷道冲击地压一、冲击地压的严重性6在陕西,冲击地压更是个新概念,即使是从事多年煤矿工作的老煤矿也不知为何物。2013年1月,胡家河煤矿402盘区掘进工作面首次出现强烈的动力现象—频繁出现“煤炮”、严重漏顶、底臌、甚至设备移位等,为规避监管及增加建设投资,将其定义为“强矿压”。随着彬长矿区建设的推进,其它煤矿也相应发生了类似的动力现象,如高家堡煤矿在2014年掘进一盘区3条大巷时也多次发生类似现象,这才引起了有关方面的重视。2015年5月,省煤管局下发《关于开展冲击矿压防治知识培训通知》(陕煤局函(2015]77号),首次进行全省冲击地压知识培训,连续组织赴省外考察学习,“强矿压”才开始被定义为“冲击地压”,并作为陕西省煤矿的一种新型灾害,开启了陕西煤矿防治冲击地压危害(简称防冲)的艰难历程。2016年9月,陕西省发布了《陕西省煤矿冲击地压防治十条规定》----原陕西省煤管局简军峰一、冲击地压的严重性7蒙陕地区煤炭资源极其丰富,是我国能源安全的重要保障。目前,本地区部分煤矿出现了较为严重的冲击显现,冲击地压矿井数量明显增加,冲击地压事故发生的频度和强度明显增加,冲击地压已成为本地区矿井安全高效生产的重大隐患之一。蒙陕地区冲击地压矿井的地质条件和传统的中东部矿井有很大不同。目前,针对蒙陕地区煤矿冲击地压防治的相关研究也尚属起步阶段一、冲击地压的严重性8自重应力场构造应力场增载应力场蒙陕地区矿井冲击地压应力特征采动应力场远场矿震耦合叠加受载敏感型煤体应力衰减程度低高静载强动载采深褶曲断层采空区边界煤柱宽度拐角煤柱巷道交叉初次来压初次见方多次见方煤厚变化应力增量……判别条件应力场冲击发生的临界应力冲击显现大于矿井采深大;顶底板多为厚硬砂岩组互层;主采煤层多具有强冲击倾向性;工作面围岩应力场具有高静载、强动载、应力衰减程度低、煤体受载敏感的特点。蒙陕地区冲击地压矿井特点:一、冲击地压的严重性91.冲击地压的严重性二、区域防冲措施10二、区域防冲措施《煤矿安全规程》第二百三十七条冲击地压矿井应当选择合理的开拓方式、采掘部署、开采顺序、采煤工艺及开采保护层等区域防冲措施。《防冲细则》第五十六条冲击地压矿井必须采取区域和局部相结合的防冲措施。在矿井设计、采(盘)区设计阶段应当先行采取区域防冲措施;对已形成的采掘工作面应当在实施区域防冲措施的基础上及时跟进局部防冲措施。《防冲细则》第五十七条冲击地压矿井应当选择合理的开拓方式、采掘部署、开采顺序、煤柱留设、采煤方法、采煤工艺及开采保护层等区域防冲措施。11二、区域防冲措施从区域治理划分采区时应保证合理的开采顺序采面应避免相向开采推行无煤柱开采禁止向采空区方向推进同一区域内禁止相向采掘……尽量不出现应力集中,从根本上解决冲击地压问题12二、区域防冲措施老虎台矿对生产布局及开采程序进行调整,将-730m水平原来按炮采划分的每个采区走向长度300m左右(全矿井50余个采区),按其煤层赋存条件合并成东、中、西3个综采区,实行综合机械化放顶煤开采。区间煤柱减少到3个,无段间煤柱,条带间实现无煤柱开采。在开采程序上,始终遵循自上而下、由南往北逐个条带及分层进行开采的原则,大大减少了诱发冲击地压的煤柱高应力集中区域。选择合理的开拓方式:13二、区域防冲措施采掘部署及开采顺序:典型案例:兖州煤业赵楼矿冲击地压事故2015年7月29日2时49分,兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿(以下简称赵楼煤矿)1305工作面发生一起冲击地压事故,造成3人受伤(1人重伤、2人轻伤),事故造成直接经济损失93.87万元。赵楼煤矿井田面积约143.3549km2,煤炭地质储量7.92亿吨,可采储量2.32亿吨,天然焦2.55亿吨。矿井主采3煤层,煤种以1/3焦煤为主,煤层局部受火成岩侵入,或煤层受构造影响出现分叉,3煤层厚度2.8m-9.0m,平均厚度为6.1m,煤层普氏系数(f)为1.6,煤层平均倾角为5度,3煤层直接顶板以泥岩和粉砂岩为主,厚度为1.2m-8.35m,平均2.78m,老顶为中砂岩,厚度为4.55m-20.42m,平均厚度为8.32m,普氏系数(f)为6.0-7.0。14二、区域防冲措施15二、区域防冲措施发生冲击地压事故地点为一采区1305工作面,7月27日开始生产(调采),截止事故发生时,运顺推进6m,轨顺推进0.75m。1305工作面地面标高+42.84~+44.34,工作面底板标高-828m~-963m,所采煤层为3煤,煤层普氏系数(f)0.8~2.3,平均1.6,煤层厚度为2.8m~9.0m,平均厚度6.1m;煤层倾角为1~11°,平均为8°,煤层结构简单;工作面倾斜长度136.7m,走向长度573.6m,可采储量54.8万吨。工作面切眼附近为煤层分岔区,分岔区内3上煤层厚度1.0m-1.7m,平均1.4m;3下煤层厚度2.7m-6.4m,平均4.8m;分岔间距0.7m-14.6m,平均6.8m。切眼西部为岩浆岩侵入的无煤区,事故发生后,经现场勘察,该冲击事故主要是对工作面和两顺槽造成破坏,事故发生时,工作面内有19人,两顺槽有7人,造成1名重伤,2名轻伤。16二、区域防冲措施采掘部署及开采顺序:典型案例:担水沟冲击地压事故2017年1月17日10时15分左右,中煤担水沟煤业有限公司4203综采工作面运输顺槽转载机前方发生顶板事故,事故造成10人遇难井田地质储量为26102万t,工业储量为25920万t,可采储量14512万t,设计生产能力90万t/a,矿井设计服务年限115a。17二、区域防冲措施18二、区域防冲措施19二、区域防冲措施51m19m125m图69202、4203工作面相对位置示意图无炭柱9202采空区4203采空区冒停采位置51.6m20二、区域防冲措施21二、区域防冲措施事故调查报告:4号、9号煤层违规同时开采。担水沟煤业在4号、9号煤层分别布置4203、9202工作面同时开采,违反了山西省煤炭工业厅《关于山西中煤担水沟煤业有限公司矿井增加开采9号煤层项目初步设计的批复》(晋煤办基发〔2013〕1335号)中第十九条规定:“该矿必须严格遵照‘同时生产采煤工作面不超过1个、掘进工作面不超过2个’的原则组织4号、9号煤层配采”。未充分考虑工作面采动应力的相互影响。担水沟煤业相关人员虽考虑到已回采完的4202工作面、正在回采的4203工作面和下部正在回采的9202工作面对4203运输顺槽的应力影响,但均认为影响不太大。更未考虑到9202工作面与4203工作面随着水平距离的缩小,9202工作面对4203运输顺槽后支承压力会增大,也就未提出对4203工作面和9202工作面安全距离的要求。22二、区域防冲措施思考与探索在条件具备的矿井布置500米以上的超大工作面,是不是解决冲击地压的一种思路?23二、区域防冲措施改进巷道布置方式Hh对强冲击厚煤层,应力集中区域回风顺槽采用起底1/3~1/2的布置方式,降低冲击危险性。特厚煤层尽可能布置沿底巷道、半煤岩巷道、甚至全岩巷道——将“四面受敌”转化为“单面受敌或部分受敌”24二、区域防冲措施煤柱留设:传统煤柱,掘进后煤柱覆岩干预较小弹塑性体一次采动后,煤柱应力集中积蓄能量能量集中区域能量集中区域二次采动的加剧,煤柱接近失效能量突发释放威胁形成接近失效区域接近失效区域传统留煤柱易形成能量突发释放25二、区域防冲措施煤柱留设:门克庆3102煤柱问题11-3102原综采工作面为门克庆煤矿第2个回采工作面,布置在11采区3-1煤层的南翼,可采区域长5539.3m,宽300m。工作面东侧为原计划平行布设的11-3103工作面,西侧为正在组织回采的11-3101工作面,护巷煤柱宽度35m;南侧临近井田边界,保护煤柱宽71.8~79.7m;北侧为3-1煤辅助回风巷。如图1-1所示。26二、区域防冲措施27二、区域防冲措施28二、区域防冲措施2018年4月8日,3102工作面回风巷附近发生冲击显现。微震监测为3.3×107J的能量事件,震源位于3101采空区上方约71m,超前3102工作面约150m,与3102回风巷的水平投影间距为53m。冲击显现区段主要集中在3102回风巷,超前工作面约90m范围出现单体、木垛歪斜;煤柱帮导致局部煤体溃出、木垛倾倒;巷道严重破坏区域范围约40m.根据3102工作面回采起期间微震活动在面内影响范围统计对门克庆煤矿3-1煤不同煤柱尺寸应力数值模拟结果,参考呼吉尔特矿区周边矿井防治经验,针对3102工作面的实际情况。制定方案将回风巷侧煤柱由35m增加至120m新开掘回风巷,缩短工作面斜长至214.6m进行回采,在合适位置撤出机尾80m综机设备,宽煤柱推进至3101工作面停采线位置(推进长度3868m),剩余685m暂考虑恢复工作面长300m继续推采至结束。29二、区域防冲措施新汶华丰矿采用负煤柱方案,取得了很好的效果!合适条件下应大力推广采用切顶留巷无煤柱方案!30二、区域防冲措施采煤方法及采煤工艺:特厚煤层是分层还是放顶煤?短充长采利用充填开采采煤工艺,采场上覆岩层开采后的变化,和传统回采工艺有很大区别!完全可以在防治冲击地压方面进行尝试。31二、区域防冲措施安全——煤柱应力集中、形成动力灾害巷道——围岩变形的速度和程度剧增采场——矿压显现的强度和幅度剧增动力——灾害发生的烈度和频度剧增常规开采,煤柱高压高压区煤柱采前是保护,采后是隐患深部开采矛盾愈加突出32二、区域防冲措施优化开采三减减头、减面、减人落后→先进无巷开采三无无掘巷、无煤柱、无人化传统→变革智能开采三化自动化、集控化、智能化低端→高端绿色开采三低低伤害、低损伤、低损失影响→友好形成科学开采体系33二、区域防冲措施预掘双巷短充长采预掘双巷后退充填后退采煤双侧“沿充留巷”34二、区域防冲措施工作面停采位置选择:《防冲细则》第六十一条冲击地压矿井进行采区设计时,应当避免开切眼和停采线外错布置形成应力集中,否则应当制定防冲专项措施35二、区域防冲措施案例:2017年8月9日20:01:59,姚桥煤矿微震监测系统监测到一次较大能量事件,经标定,震动能量为1.86E+06J,震源位于中央采区7009工作面采空区内距离停采线67.88米,距离材料道工作面帮93.49米,煤层底板标高-765.82。36二、区域防冲措施中央采区经过多年双翼开采,中央下山煤柱区形成了孤岛煤柱结构,受两侧采空区停采线不对齐影响,煤柱结构极不规则,长时间处于高应力集中状态,尤其7009采空区前方煤柱宽度较窄,应力集中程度更高。37二、区域防冲措施大巷和永久硐室:对于大巷和永久硐室的防冲治理,要在设计上下功夫,避免应力集中。提倡“远卸近支”的处理方案。38二、区域防冲措施保护层开采:华丰煤矿4煤、6煤为近距离煤层,4煤具有强烈冲击倾向性,6煤无冲击倾向性。进行了采6煤、保4煤保护层开采,效果较好。39二、区域防冲措施保护层开采:提示:保护层开采效果的评价保护层,保护层,起到保护作用才是真正的保护层!要对保护层开采后对诱冲致灾的关键因素的消除或减弱情况进行科学评价。4
本文标题:张寅教授冲击地压防治技术改
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