煤矿冲击地压防治

煤矿冲击地压防治2020.32一、什么是冲击地压煤矿在开采过程中，在高应力状态下，积聚着大量能量的煤岩体，在特定条件下突然发生破坏，而使能量突然释放。冲击地压现象是一种以急剧、猛烈破坏为特征的矿山压力动力现象。冲击地压常伴有很大的声响，岩体震动和冲击波，在一定的范围内可以感到地震，有时向采空空间抛出大量的碎煤或岩块，形成很多煤尘，有时还释放出大量的瓦斯，常导致巷道遭到破坏，设备移动和空间被堵塞。5二、冲击地压的危害1、严重损坏巷道，瞬间使巷道断面收缩变小，损坏支架，严重时使巷道顶底板合拢；2、损坏设备，在冲击地压发生瞬间，使设备颠覆移位、损坏变形；3、摧毁通风设施，强大的冲击波会摧毁风门和掘进工作面的风筒；4、造成人员伤亡，人员大部分受撞击、冲击波和埋没伤害。5、可能引发瓦斯次生事故。2005年2月14日，阜新瓦斯爆炸事故是由于冲击地压造成瞬间瓦斯大量涌出引发的。五龙矿冲击地压事故案例2013年1月12日22时30分，阜矿集团五龙矿与兴阜矿之间发生2.0级地震，两矿之间发生冲击地压事故。事故发生后，五龙矿中央变电室值班人员立即切断了井下除局部扇风机专用电以外的所有电源，22时31分，工作面瓦斯监测系统发出警报。救护队于22时55分接报后，迅速赶到事故现场，37min后到达事故地点展开侦查。经探查，当时井下回风瓦斯浓度13%，风量528m3/min，工作面瓦斯浓度98%，绝对瓦斯涌出量68.6m3/min，事故发生时正在工作面作业的8名矿工已窒息死亡。10时30分瓦斯浓度降到正常值(1%以下)。•指挥部针对这一情况，为保证救护人员安全，防止次生事故的发生，制定了恢复通风、排放瓦斯和深入搜寻的方案。经过全力施救，13日3时30分，恢复局部通风机供风排放瓦斯，7时25分，将8名遇难者全部搬运出井，10时30分瓦斯浓度降到正常值(1%以下)。•五龙矿冲击地压事故应急预案规定，冲击地压发生后第一时间切断除局部扇风机以外的所有电源，中央变电室值班人员感到地震后，立即按照预案要求，采取了断电措施，有效避免了火花的产生，未引发瓦斯爆炸或燃烧。•因此，冲击地压事故发生后，应第一时间切断矿井电源，防止次生灾害的发生。冲击地压事故发生在一瞬之间，现场人员就地及时作出反应并采取正确的自救措施非常重要，这也是此次救援成功的经验。事故发生时，处于灾区的人员就地迅速趴下，避免冲击和被弹起的物件击伤，或自身被弹起造成撞击受伤，降低了冲击波伤害。如果人员盲目奔跑逃生的话于事无补，反而容易摔伤碰伤。同时，灾区的人员立即佩戴随身携带的自救器或找到最近的压风自救装置进行自救，自救成功后，再积极开展互救。冲击地压发生瞬间，由于恐惧心理，一般难以按照上述简单要求完成动作。因此，需要通过加强职工安全培训和开展冲击地压应急演练，强化自救意识，掌握正确方法，提高生还率。发生冲击地压后，人员受伤的主要部位是脑部，其次是胸部的机械损坏，包括肋骨折断等，而内部器官的损坏主要是肺、心、胃等，再次是上下肢的折断。•扁鹊三兄弟的故事•扁鹊与蔡桓公的故事山东能源淄博矿业集团有限责任公司SHANDONGENERGYZIBOMININGGROUPCO.,LTD安全技术培训中心•1.扁鹊治疗已病•2.扁鹊二哥治欲病•3.扁鹊大哥治疗未病上工治未病中工治欲病下工治已病15三、冲击地压的特点1.突发性没有明显的宏观前兆，难于事先准确确定发生的时间地点和强度。2.瞬时震动性发生过程短暂，象放炮一样，有声响和强烈的震动，震动波及范围可达几公里，至几十公里，地面有地震感觉。3.巨大破坏性有时顶板瞬间明显下沉，有时底板突然开裂鼓起甚至接顶，造成设备损坏和人身伤害。4.复杂性发生原因复杂、防治措施复杂。冲击矿压zz冲击矿压冲击矿压xx冲击矿压断层①②③④顶板型冲击地压断层型冲击地压煤柱型冲击地压褶曲型冲击地压17统计分析表明：冲击主要发生在巷道（91%）；而且主要发生在采煤和掘进工序中（分别为322次和86次，86%）。0100200300400500600巷道工作面工作面煤壁煤柱其他5422795944200055879531717000253001冲击次数冲击发生地点合计华亭矿区义马矿区鹤岗矿区山东各矿1819冲击破坏长度主要在90m范围以内。245134452910398722050100150200250300306090120150180210300400500500冲击次数冲击破坏长度/m合计华亭矿区义马矿区鹤岗矿区山东各矿20冲击地压系由于积聚的弹性变形能于脆性破坏瞬间骤然释放而形成的动力现象，首先取决于煤岩本身的特性。三类指标可判别煤岩积蓄能量和产生冲击破坏的能力。1、按煤岩的动态破坏时间:≤50ms(强)50~500ms(中等)500ms(弱)212、按弹性变形能指数：指煤岩样在破坏前的受力过程中所储存的弹性变形能与消耗能量的比值。指数5(强)2--5（弱）2（无冲击）223、按全应力应变曲线：从开始加载到彻底破裂的全部变形过程的曲线称为全应力应变曲线。冲击能量系数≥5（强烈）1.5--5（中等）≤1.5（无冲击）23四、冲击地压分类矿震：矿山开采诱发的地震，与开采并存，只要有采掘活动，一定有煤岩的破坏，就会伴生矿震，所以不可能消除矿震现象。冲击地压：采场与巷道周围的灾害性动力显现，相当一部分冲击地压是由矿震诱发的。地音（微震）：采动引起煤岩体的微破裂或小的运动。地音矿震矿震诱发冲击地压24根据冲击显现强度，可分为四类：1.弹射，单个碎块从高应力状态下的煤体上弹射出来，并伴有强烈声响，属于微冲击现象。2.矿震，它是内部或深部的冲击地压，即深部的煤或岩体发生破坏，但煤或岩石不向已采空间内抛出，只有片帮或散落现象，有声响，产生煤尘。地音矿震矿震诱发冲击地压•3、弱冲击，煤或岩石向已采空间抛出，但破坏性不大，对支架、机器设备基本上没有损坏，围岩产生震动伴有很大声响，产生煤尘，在瓦斯煤层中可能有大量瓦斯涌出。一般震级在2.2以下。•4、强冲击，部分煤和岩体急剧破坏，大量向已采空间抛出，出现支架折损，设备移动和围岩震动伴有巨大声响，形成大量煤尘和产生冲击波，一般震级在2.3级以上。2526五、冲击地压分类根据煤体应力状态不同可分三类：1、重力型，主要受重力作用，没有或只有极小构造应力影响。2、构造应力型，构造应力超过岩层自重应力，主要受构造应力的作用。3、中间型或重力—构造型，受重力和构造应力的共同作用。27六、冲击地压发生的原因很多学者认为冲击地压成因和机理是由于三项高应力的作用，使周围岩体积聚有大量弹性能和部分岩体接近极限平衡状态。当采掘工作接近到这些地方时或由于爆破等外部原因使其力学平衡状态破坏时，煤体或岩体发生脆性破坏，积聚的能量突然释放，其中大部分能量转变为动能，因而产生冲击性的动力现象。冲击地压发生时的原因是多方面的，但从总的来说可以分为三类，即自然的、技术的和组织管理方面的。28原因自然的技术的组织管理的较大的原岩应力地层中的厚岩层煤岩冲击倾向性局部应力集中生产过度集中采矿地质因素限制防治措施的限制煤层的超量开采无投资及投资没到位防治措施采取不到位采矿作业不当缺乏培训违反规程六、冲击地压发生的原因29七、冲击地压的影响因素1、开采深度据统计说明开采深度越大，冲击地压发生的可能性越大，一般在≤350m不发生，350~500m在一定程度上危险逐步增加，从500m开始，随开采深度增加，冲击危险性急剧增长。全国各大煤矿首次发生冲击地压的深度在200~600m之间，我们抚顺胜利矿在300m深时发生冲击地压，老虎台矿在-225m水平时，出现轻度冲击地压，到-580m水平时发生破坏性冲击地压，因此冲击地压是受开采深度直接影响的。煤体冲击破坏：高静载+低动载＞低静载+高动载深部开采，高地应力，在较小的动载扰动下容易诱发冲击浅部开采，地应力小，在坚硬顶板大面积破断运动下诱发冲击302、顶板、岩层结构特点厚度大的坚硬岩层顶板发生冲击地压的可能性很大，并且容易引起较大强度的冲击地压。因为采空区形成的大面积悬顶在垮落时，释放的弹性能较大。坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在其破断过程中或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，形成强烈震动，导致顶板型冲击地压发生。31随着采空区范围加大，上覆岩层空间结构运动形成见方效应；三次见方区域均具有密集的高能量矿震出现（已采375m）；323、煤的力学性质（1）在一定的围岩与压力条件下，任何煤层中的巷道或工作面均有可能发生冲击地压。（2）煤的强度越高，引发冲击地压所要求的力越小。（3）煤的冲击倾向性、煤的湿度增加后，强性减小，塑性增强。一般来讲深部的所有煤层都具有冲击倾向。33４、构造影响在地质构造带中存有一部分地壳运动时残余应力的构造应力场，煤矿中常有断层、褶曲和局部异常（底板凸起、顶板下陷、煤层分岔、变薄、变厚等现象）等构造带，构造应力场大多都是以弹性能的储存在地质构造带，因此冲击地压经常发生在这些构造应力集中的区域。地质构造带的构造应力场，积聚有巨大的弹性变形能，在其附近的巷道及工作面极易发生冲击地压。RZσXσXσZσZσXσXσZσZI区最大矿山压力区最大冒顶危险区II区最大冲击矿压危险区III区最大矿山压力区σXσXσZ煤层厚度局部变薄时，在煤层薄的部分，垂直地应力会增加；煤层厚度局部变厚时，在煤层厚的部分，垂直地应力会减小；煤层厚度变化越剧烈，应力集中的程度越高。41５.开采技术因素影响冲击地压的影响因素除地质因素外，开采条件和生产技术也是重要的影响因素。42（1）上覆煤层停采线形成的应力集中将影响下分层开采。（2）采空区，接近采空区前20～30m范围。（3）接近老巷15m左右范围。（4）开采区域面积为3公顷（30000平方米）时，危险最大。（5）孤岛、半岛煤柱在护巷煤柱两侧及区间煤柱中掘进，由于应力叠加，形成高应力区，极易发生冲击地压。掘进巷道贯通前5～10m的前方煤柱应力增高，也容易发生冲击地压。事故地点概况：2310一号进风联络巷，西部为2310、2311工作面采空区；北部为大马厂断层与2310停采线之间的煤柱；东侧、南侧为大马厂断层（落差10m），断层外为2306切眼。2310运顺、轨顺外分别建有2道密闭砖墙。鲍店煤矿“2004.9.6”矿震事故443#闭第三次建8米长，锚杆、金属网、沙袋混合防爆闭被摧跨的密闭21m2#闭1#闭事故经过2004年9月6日下午，2310轨顺密闭顶部有微量烟雾，决定采用闭前喷射混泥土及向采空区注浆的封堵措施，在准备过程中发生事故。冲击波将采空区附近2310轨顺外2道密闭砖墙摧毁，碎砖向外抛出40～50m，造成密闭附近2人死亡，6人受伤。鲍店矿“9.6”矿震事故原因3层煤上部91m处赋存厚度为94.27m的坚硬中砂岩;四周采空面积大;停采线外侧断层落差10m，将巨厚中砂岩切割，使其处于动态平衡状态；2305煤柱凸角破坏诱发矿震。专家结论：事故是由采空区上位巨厚中砂岩大面积运动形成的矿震引起的，具有不可预测性。兖州矿区冲击地压（矿震）事故成因煤（岩）层具有冲击倾向：3煤为弱～强冲击，煤层顶板为弱冲击。开采深度较大：冲击地压发生地点开采深度均超过600m。应力集中程度高：不规则煤柱、回采工作面支承压力高峰区等。厚层坚硬顶板剧烈运动：15～30m厚的砂岩顶板大面积断裂。地质构造带：采掘工作面临近断层、向背斜轴部等地质构造带以及煤层厚度变化较大等区域。486、外力影响当煤层受压达到极限状态时，引发冲击地压往往有一个外力的影响。如放炮、机械切割煤体的震动。特别是掘进机在高瓦斯、高压力的掘进面切割煤体的有规律连续振动，形成共振，使煤体抗压强度下降迅速破坏而产生冲击地压。49•八、冲击地压的预测方法微震(矿震)监测法数据记录服务器数据处理计算机地面中心站探头式传感器ARAMISM/E微震监测系统井下发射器51•电磁辐射法•该方法属于局部监测预报方法。电磁辐射可用来预测煤岩灾害动力现象。其主要参数是电磁辐射强度和脉冲数。电磁辐射强度主要反映煤岩体的受载程度及变形破裂强度，