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2019年5月22日·兖州汇报人：齐庆新煤炭科学技术研究院有限公司煤矿冲击地压理论与技术--“10.20”的思考“煤矿安全科技进山东”专家讲座▉2017，“1.17”中煤担水沟煤业10人死亡事故▉2017，“11.11”沈阳红阳三矿10人死亡事故▉2018，“10.20”山东龙郓煤业21人死亡事故▉2019，“1.12”神木百吉矿业21人死亡事故序：几次煤矿事故•本次事故是一起冲击地压引起的重大顶板事故。•认定依据如下：•1.工作面前方41m处转载机机头顶底板瞬间移近0.7m以上，导致转载机机头一侧与顶板紧贴并“咬死”；•2.19m冒落范围内，顶板30余套锚杆破断，多表现为无颈缩破断；19根锚索拉断，明显区别于普通冒顶事故的锚杆锚索破断、失效特征；•3.冒落点表现为顶板与煤帮同时大范围冒垮特征，明显不同于一般锚杆支护冒顶事故的仅有顶板垮冒而没有大范围垮帮的伴随特征；•4.正常区域巷道顶板离层指示仪完好，紧邻冒顶垮帮段前方的10号、9号、8号连续3组离层仪钢丝破断，在非动力冒顶事故中这种现象罕见；•5.遇难人员中有9人分布在5m范围内，逃生迹象不明显，推断事故在瞬间发生，无普通顶板事故的明显前兆；•6.事故后一周内4次现场勘察时仍有明显的闷炮发生；•7.端头破坏段（工作面前方0～41m）部分单体液压支柱折弯；•8.严重变形段巷道底板有台阶型鼓起和大范围倾斜，平板车向实体帮歪斜，车上材料倾倒等典型的动力显现特征；•9.短时间内出现严重破坏的巷道范围大（近200m），不同于一般的巷道冒顶和围岩破坏现象。•从以上所述的情况分析，事故地点巷道围岩出现瞬时(顶底板瞬间移近，锚杆锚索破断，单体液压支柱折弯)、突发性（无宏观征兆、人员来不及撤离）的帮、顶、底剧烈变形破•坏，巷道围岩明显受动力冲击(使锚杆破断、锚索拉断，煤帮、顶板大范围冒垮，底板台阶型鼓起、倾斜，平板车歪斜材料倾倒，闷炮等)而导致巷道大范围顶、帮冒垮，均为冲击地压的瞬时性、突发性和大范围剧烈破坏性的典型特征，而不同于一般顶板冒落的特征，因而这是一次冲击地压引起的顶板事故。“1.17”担水沟煤业事故•本次事故是一起重大顶板（冲击地压）事故。•（一）直接原因。•西三上采区702综采工作面开采深度为1082m，原岩应力高，煤层具有冲击倾向性；受断层构造（Fh1、Fh2、Fh3、Fh4、Fh21断层）、区间煤柱（702回风顺槽与北二703采区之间煤柱宽度32m）及702综采工作面采动（702工作面已推进1740m）等应力叠加影响，使事故区域形成高应力集中区；受Fh1、Fh21断层切割作用和采煤机割煤、移架放顶、3台钻机同时施工瓦斯抽采钻孔等因素扰动影响，造成该区域巷道周边煤岩失稳，诱发冲击地压，导致事故发生。•（二）间接原因。•1．没有开展冲击地压危险性鉴定。•2.瓦斯治本措施不到位。•3．安全风险管控工作不到位。•4．红阳三矿技术管理不到位。•5．702综采工作面现场劳动组织不合理。•（三）事故性质。•事故调查组认定，沈阳焦煤股份有限公司红阳三矿“11·11”重大顶板（冲击地压）事故为责任事故。“11.11”红阳三矿事故•本次事故是一起煤尘爆炸事故。顶板（冒顶）事故？•（一）直接原因。•（二）间接原因。•（三）事故性质。“1.12”百吉矿业李家沟事故一是违规承包。二是违规在综采工作面采空区与老窑采空区之间布置一个连采工作面，开采矿井区域与原老窑之间煤体。三是506连采工作面隐蔽致灾因素排查不清，掘进时未做到先探后掘，盲目采用探巷掘进，与老窑打透后仍然不停止采掘活动。四是在采煤工作面顺槽向外随意开口掘进巷道，巷道式采煤与短壁工作面混掘混采，以掘代采，探、采交织。五是506连采工作面使用无MA标志设备和非防爆车辆入井。六是506连采工作面未严格执行防尘降尘措施，堆积严重。七是不严格执行出入井检查、登记制度，对非防爆四轮车、铲车、皮卡车入井习以为常。八是安全培训流于形式，下井工人缺乏基本的安全常识，存在携带烟火入井、抽烟现象。九是爆破前未执行“一炮三检”制度，未配备专职瓦检员，未配备便携式光学瓦检仪。十是事故发生后，人为修改监控系统数据。“10.20”冲击地压130113031303切眼前溜子新安装电滚筒皮带新安皮带机综掘机皮带机原皮带40m90m泄水巷3#联络巷1303轨道顺槽1303泄水巷巷道破坏素描图3m74m0点位置6531651520027285200625575404533725200231263226711883皮带机718114633355200严重破坏区域严重破坏区域破坏区域84mDDCCBBAA30m49m20m20m埋深：1064煤层厚度：7煤层倾角：10“10.20”冲击地压现象1303切眼前溜子新安装电滚筒皮带新安皮带机综掘机皮带机原皮带40m90m泄水巷3#联络巷1303轨道顺槽1303泄水巷巷道破坏素描图3m74m0点位置6531651520027285200625575404533725200231263226711883皮带机718114633355200严重破坏区域严重破坏区域破坏区域84mDDCCBBAA30m49m20m20m现象“10.20”冲击地压顶板冒落至直接顶综掘机身附近顶板整体垮落现象“10.20”冲击地压“10.20”冲击地压：两帮的变形+顶板（顶煤）的冒落！还有底臌！两帮收缩顶板冒落底臌“10.20”冲击地压现象1303切眼前溜子新安装电滚筒皮带新安皮带机综掘机皮带机原皮带40m90m泄水巷3#联络巷1303轨道顺槽1303泄水巷伤亡人员所在位置图3m74m综掘机司机（于钦柱）65管理人员（迟少平）3掘进工（张红义）9掘进工（代广凯）12掘进工（李华明）78电钳工（陈训宝）管理人员（王战胜）4掘进工（冯常锋）101112掘进工（霍兴利）掘进工（党虎）掘进工（徐香飞）0点位置13卸压工（刘金收）14掘进工（杜鹏）1516掘进工（王峰）掘进工（杨端勇）1917182120卸压工（申传江、李学灵）卸压工（赵则忠）卸压工（姜泰、宗洪振）皮带机22卸压工（张巨连）掘进工（范坤鹏）严重破坏区域严重破坏区域破坏区域84m30m49m现象“10.20”冲击地压2.顶板疏放水对地层区域应力分布的影响3.巷道支护系统不能承受强动载冲击作用4.…………5.…………6.…………7.…………8.…………9.…………10.…………11.…………此外，…………“10.20”龙郓煤业事故序：几次煤矿事故由“10.20”事故我们想到了什么，带给我们哪些思考？问题1：“10.20”发生的原因是什么，或冲击地压发生机理是什么？问题2：龙郓煤业冲击地压类型是哪种？或冲击地压研究真正投入了吗？问题3：龙郓煤业冲击地压监测手段齐全吗？问题4：龙郓煤业冲击地压防治有效吗？问题5：龙郓煤业是如何进行冲击地压管理的？问题6：如何保证龙郓煤业不再发生冲击地压事故？如何实现？回答这些问题？汇报提纲汇汇报报提提纲纲一、一、冲击地压发生机理冲击地压发生机理二、二、冲击地压矿井类型冲击地压矿井类型三、三、冲击地压监测技术冲击地压监测技术四、四、冲击地压防治技术冲击地压防治技术五、五、对冲击地压的认识对冲击地压的认识冲击地压定义冲击地压可以定义为：矿山井巷和采场周围煤岩体由于变形能释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。冲击地压与岩爆、矿震、煤与瓦斯突出等动力灾害不同。•冲击地压的特征特殊的矿压显现。动力现象。煤岩体的突然破坏，没有气体的参与。冲击地压现象描述底板岩层煤层顶板岩层冲击发生前巷道位置一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理——定义定义电缆皮带轮廓尺寸监测线信号线电话线金属锚杆φ22×2500电缆煤体827m(264架)煤体850m处皮带已挤压到顶煤体800m(810-784m)段，皮带架已全压到顶帮，开掘小巷高度1.8-1.1m，隔爆水袋已同皮带架夹在一起，两侧腿位无法看见或测量皮带架纵梁煤体725m750m处支架及巷道情况，皮带纵梁上高度不足1.3m梁中心焊块已断裂的卡环底皮带损坏后实际巷道中心线煤体煤体梁中心焊块1234皮带架杆东西844南帮正视图（皮带架以下观察不到）第一棚未见腿梁钻入顶网中第三棚、第四棚在交叉处上方0.3m处断裂，与北帮棚腿形成“八”状，皮带架杆以上巷宽1.6m839m（269架）处，梁位置变化不大，南帮腿断后，越过顶梁，给人一种巷道发生倾斜的错觉。21201工作面下巷6.5事故前后断面对比图21201下巷变形后底板830m827m820m810m805m800m790m770m760m750m740m730m725m780m21201下巷原始底板13人死亡、11人受伤，巷道严重破坏(底臌)105m2008年，千秋煤矿“6.5”21201工作面采深680m冲击地压事故时有发生！一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理——现象现象“6.5”事故巷道变形照片工字钢支护的巷道，事故后巷道宽度只够容下皮带架工字钢支架崩断、片帮严重一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理——现象现象发生在煤峪口煤矿的冲击地压一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理——现象现象发生在煤峪口煤矿的冲击地压冲击出的煤岩堵塞巷道一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理——现象现象发生在华亭煤矿的冲击地压巷旁立柱瞬间弯曲折断一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理——现象现象巷道冲击地压描述冲击地压现象描述底板岩层煤层顶板岩层冲击发生前巷道位置一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理——典型特征典型特征巷道破坏后素描一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理失稳突变理论强度理论三因素理论强度弱化减冲机理其他理论•1951年•布劳诺、库克•1965年•库克、布莱克•20世纪60年代•库克、佩图霍夫•1969年•比尼奥斯基刚度理论化学浆强度理论•20世纪60年代•李普曼、章梦涛•20世纪90年代•齐庆新•2005年•窦林名•谢和平、•潘一山刚度理论能量理论冲击倾向性理论一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理◇冲击地压发生机理1xxx-19981991~至今张万斌“冲击倾向性理论”1981~1986李玉生“三准则理论”1985~1991齐庆新“三因素理论”2002-至今齐庆新“应力控制理论”潘俊锋“冲击启动理论”2008-至今◇煤科总院在冲击地压发生机理方面的成就一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理煤岩体部局应力超过极限强度内在因素、结构因素和力源因素强度准则、能量准则和冲击倾向性准则均与应力密切相关力学非稳定平衡状态下的失稳力学平衡破坏能量释放大于消耗应力加载时矿柱刚度大于围岩◇冲击地压机理应力是核心问题强度理论刚度理论能量理论变形失稳理论三准则理论三因素理论WK＝W－[(UC-Um）+WS]强度弱化减冲理论降低应力集中，煤岩体弹性能小于最小冲击能冲击启动理论集中静载荷是内因，外界动载荷是外因一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理大到天体运动，小到晶格破断，无一不受力的作用应力一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理不同尺度下的力及其作用宇宙宇宙——天体天体——地球地球——板块板块——构造构造——岩体岩体——岩块岩块——岩晶岩晶宇观尺度宏观尺度矿井尺度工作面尺度可观尺度实验室尺度细观尺度微观尺度力的作用是一个多尺度问题一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理▉发生在煤矿的冲击地压是矿井尺度及工作面尺度下的应力作用的结果。一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理不同尺度下的力及其作用◇“三因素”机理冲击地压多发生在断层、煤层变薄带附近，从发生冲击地压煤岩体结构的特征和冲击地压显现特点分析，内在因素（冲击倾向性）、力源因素（高度应力集中或较高的能量贮存与动态扰动）以及煤岩体结构因素（具有弱面和容易引起突变滑动的层状介面），三者是冲击地压发生最主要的三个影响因素。以上“三因素”无法满足时，冲击地压基本不会发生。不同煤岩体结构粘滑实验不同煤岩体结构粘滑实验◇冲击地压、岩爆与矿震三者区别冲击地压冲击地压岩爆岩爆矿震矿震一、冲击地压发生机理一、冲击地压发生机理1、煤岩体中的