煤矿冲击地压灾害防治与思考潘俊锋

开采设计事业部TiandiScience&TechnologyCo.,Ltd天地科技股份有限公司煤矿冲击地压灾害防治与认识冲击地压室：潘俊锋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）第2页开采设计事业部天地科技股份有限公司TiandiScience&TechnologyCo.,Ltd提纲冲击地压发生出现的新特点目前冲击地压防治应思考的几个问题II类开采技术因素及其激发煤岩冲击启动结语第3页开采设计事业部天地科技股份有限公司TiandiScience&TechnologyCo.,Ltd冲击地压发生出现的新特点冲击地压发生的临界开采深度越来越浅传统的认识是深部开采发生冲击地压，而近几年新疆、平庄、华亭等矿区打破这一认识。高瓦斯软煤层开采冲击地压发生屯留矿f系数为0.78。褐煤种发生冲击地压原有的教科书里称除了褐煤，其他煤种都会发生冲击地压，而平庄矿区就是褐煤。新矿井建设期间开拓大巷冲击地压发生原有的认识认为只有充分采动或进入深部的生产矿井才会发生冲击地压。规律性认识不断被刷新，理性认识，精细化研究势在必行！第4页开采设计事业部天地科技股份有限公司TiandiScience&TechnologyCo.,Ltd目前冲击地压防治应思考的几个问题II类开采技术因素及其激发煤岩冲击启动冲击地压类型确定再防治冲击地压分源、权重综合监测预警解危技术的“双刃剑”作用强支护存在临界点，不是越强越好防冲安全法规自身的错误与矛盾分别以“冲击地压”、“冲击矿压”为关键词，对近10年间的科技文献进行检索，共检索了367篇，分析了87个矿井冲击地压发生地域，主要影响因素。冲击地压发生的主要影响因素以上都是外围因素，虽然复杂多变，但最终都得归结于为冲击启动提供载荷源（集中静载荷或集中动载荷）！2020/7/146案例1：新疆矿区（埋深317m），单巷布置型集中动载荷型冲击地压发生原理集中动载荷型冲击地压启动能量判据集中静载荷集中动载荷冲击启动区采场冲击地压启动的能量判据为：0CEEE静动集中动载荷型冲击地压发生力学模型REEdd0顶板断裂动载荷Ed对应力峰值区X0的扰动：2221231213320[σσσ2μσσσσσσ]E2E2/2CCEEX0处煤体破坏所需最小能量EC煤壁应力峰值点积聚弹性能计算为：P0P0P`aP`aP`aP`aPa=nP0NBB巷道PaPaBqpuOOCDFAaaNNV采空区底板被震裂集中动载荷型冲击地压发生原理案例2：高瓦斯双巷布置时滞性型冲击地压（600m）2020/7/1411集中静载荷型冲击地压发生原理案例1：义马深部特厚煤层实体煤巷道（780m）巷道围岩形变势能的集聚取决于该位置主应力大小。2/2CCEE全煤巷道冲击地压启动的能量判据为：XΩ0处煤体破坏所需最小能量EC2221231213320[σσσ2μσσσσσσ]E2E主应力最大区，弹性势能最大，越容易失稳，XΩ0为冲击启动区。（1）集中静载荷型冲击地压启动能量判据集中静载荷型冲击地压发生力学模型0CEE静P0P0P`aP`aP`aP`aPa=nP0NBB巷道PaPaBBqpupuOCADFO`C`D`F`A`aaaaN`N巷道中轴线VV`集中静载荷型冲击地压启动能量判据案例2：浅部集中静载荷型冲击地压（埋深371m）冲击灾害发生巷道远场集中动载荷源监测结果围岩主应力分布图冲击发生段应力实测图II类开采技术因素与煤岩冲击启动•近几年来，越来越多的惨痛教训表明，即使针对上述两种因素做了防范工作之后，仍然突发煤岩震动异常，并导致冲击地压、矿震等发生。•究其原因，是因为还有一类诸如推采速率、爆破作业、巷帮扩修、工作面停复产等因素被忽视：•例如，2008年河南某矿“6.5”冲击地压源于采空区发火，加快了工作面推采速度；2011年义马某矿，2012年平庄某矿都是巷帮扩修期发生大的冲击，乃至矿震事故；爆破作业过程诱发的冲击地压更是常见。•此类因素激发灾害不但与技术本身辅助煤炭开采、扰动煤岩有关，而且与实施该技术的时机及规律把握密切相关，因此有别于常规的开采技术类因素，本文定义为II类开采技术因素。II类开采技术因素与煤岩冲击启动•工作面推进度对煤岩破裂的影响0510152025302010-5-12010-5-82010-5-152010-5-222010-5-292010-6-52010-6-122010-6-192010-6-262010-7-32010-7-102010-7-172010-7-242010-7-312010-8-72010-8-142010-8-212010-8-282010-9-42010-9-112010-9-182010-9-252010-10-22010-10-92010-10-162010-10-232010-10-302010-11-62010-11-132010-11-202010-11-272010-12-42010-12-112010-12-182010-12-25日期频次00.511.522.5推进度/m推进度/m微震频次0.00E+001.00E+072.00E+073.00E+074.00E+075.00E+076.00E+077.00E+078.00E+072010-5-12010-5-82010-5-152010-5-222010-5-292010-6-52010-6-122010-6-192010-6-262010-7-32010-7-102010-7-172010-7-242010-7-312010-8-72010-8-142010-8-212010-8-282010-9-42010-9-112010-9-182010-9-252010-10-22010-10-92010-10-162010-10-232010-10-302010-11-62010-11-132010-11-202010-11-272010-12-42010-12-112010-12-182010-12-25日期能量/J00.511.522.5推进度/m推进度/m微震能量回采工作面推进速度与煤岩破裂的关系II类开采技术因素与煤岩冲击启动II类开采技术因素与煤岩冲击启动051015202530352011-3-102011-4-102011-5-102011-6-102011-7-102011-8-102011-9-102011-10-10日期频次012345678910推进度/m掘进速度/m微震频次0.00E+001.00E+072.00E+073.00E+074.00E+075.00E+076.00E+077.00E+078.00E+079.00E+071.00E+082011-3-102011-4-102011-5-102011-6-102011-7-102011-8-102011-9-102011-10-10日期能量/J012345678910推进度/m掘进速度/m微震能量II类开采技术因素与煤岩冲击启动•巷道掘进速率对煤岩破裂的影响II类开采技术因素与煤岩冲击启动II类开采技术因素与煤岩冲击启动II类开采技术因素与煤岩冲击启动地音揭示的巷道掘进与煤岩破裂的关系•爆破作业对采动煤岩的异常震动效应煤层卸压爆破的效果随时间而变化，卸压爆破后7-18h内是解危措施发挥作用的主要时段，应合理的安排爆破时间和巷道其它作业之间的关系，尽量将巷道支护、扩修等作业安排在该时间段内进行。II类开采技术因素与煤岩冲击启动•巷帮扩修对煤岩震动异常的影响扩修前后微震活动对比示意图8.750.162.451.569.681.6115981344657791.44E+077.97E+077.06E+072.11E+071.58E+078.76E+060204060801001201401602012-1-12012-2-12012-3-12012-4-12012-5-12012-6-1日期微震频次0.E+001.E+072.E+073.E+074.E+075.E+076.E+077.E+078.E+079.E+07微震能量/J月进尺频次能量扩修期间月扩修进尺对微震活动的影响II类开采技术因素与煤岩冲击启动•间断性停采对煤岩震动异常的影响II类开采技术因素与煤岩冲击启动01020304050608-68-78-88-98-108-118-128-138-148-158-168-178-188-198-208-218-228-238-248-258-268-278-288-298-308-319-19-29-39-49-59-6微震能量/次数日期能量/10^6J次数/次能量释放期冲击地压微震事件揭示煤岩冲击规律0501001502002503003504000.00E+005.00E+041.00E+051.50E+052.00E+052.50E+053.00E+053.50E+054.00E+052013-4-180:002013-4-2016:002013-4-238:002013-4-260:002013-4-2816:002013-5-18:002013-5-40:002013-5-616:00频次能量/J时间/班能量/运输巷能量/回风巷频次/运输巷频次/回风巷空白包络地音事件揭示煤岩冲击规律II类开采技术因素激发煤岩冲击的机理•煤岩震动异常诱发冲击地压的地球物理分析II类开采技术因素激发煤岩冲击的机理但是II类开采技术因素往往是因正常生产受到限制或影响，临时采取的措施，这些技术行为的临时加入，将迅速打破原有平衡状态，使得煤岩宏观调整，微观破裂突然无序，表现出微震事件，地音事件的异常。II类开采技术因素激发煤岩冲击的机理目前对于影响冲击地压发生的因素，视角还主要集中在地质因素、常规的开采技术因素（例如开拓开采方式、开采顺序、采煤方法、巷道布置等），开采过程中作了较好的应对措施，使得人、机、围岩系统达到灾害控制平衡点。结语影响冲击地压发生的因素有几十种，并且煤矿开采最大的特点就是条件一直在变，没有绝对相同的开采条件，也就没有绝对成熟的防冲技术可以复制，抓住载荷源进行监测与处理以不变应万变，才能沉着应对冲击地压灾害，将使得冲击地压“复杂问题简单化”，这是防冲第1理念。根据我的实践与思考总结出冲击地压防治的三个理念:能量是守恒的，此消彼长，因此冲击地压防治，针对载荷源宜疏不宜堵，“疏”是防冲的第2理念。冲击地压监测手段有待改进，但防治方法不一定就需要创新，一成不变的防治方案是不能防冲的，边研究边设计才是科学可靠的防治思路，因此“精细化”研究是防冲的第3理念。2020/7/1427报告完毕谢谢各位专家，请多指正！Tel：[phone]博客：