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冲击地压防治培训课件 2016年6月 1 辽宁抚顺老虎台煤矿冲击地压事故 2001年1月12日15时20分 抚顺市老虎台矿因冲击地压引发2 8级矿震 造成两人死亡 23人受伤 2003年5月3日20时36分 抚顺老虎台煤矿因冲击地压引发矿震 共造成12名矿工伤亡 其中2人当场死亡 1人因经抢救无效死亡 2009年12月11日6时33分 抚矿集团老虎台煤矿 580水平发生2 3级矿震 造成1人死亡 煤矿冲击地压事故 老虎台煤矿发生冲击地压前巷道情况 煤矿冲击地压事故 老虎台煤矿发生冲击地压后巷道情况 煤矿冲击地压事故 2 新矿集团华丰煤矿冲击地压事故 山东新汶矿业集团华丰煤矿开采深度在达到1000m 发生震级在1 5级以上冲击地压500余起 发生破坏性冲击500余次 共造成了43人重伤 9人死亡 破坏巷道2000多米 摧毁巷道600余米 破坏工作面400余米 严重损坏机电设备 设施等 直接经济损失近亿元 煤矿冲击地压事故 华丰煤矿冲击地压现场 煤矿冲击地压事故 华丰煤矿冲击地压现场 煤矿冲击地压事故 3 阜新 2 14 矿难简述 2005年2月14日15时 辽宁省阜新矿业 集团 有限责任公司孙家湾煤矿海州立井发生一起冲击地压引发瓦斯爆炸的事故 共造成214人死亡 30人受伤 直接经济损失4968 9万元 事故原因是冲击地压造成大量瓦斯异常涌出 致使回风流中瓦斯浓度达到爆炸界限 工人违章带电作业 产生电火花引起瓦斯爆炸 煤矿冲击地压事故 阜新 2 14 矿难现场 煤矿冲击地压事故 4 义马千秋煤矿冲击地压事故 简述 2008年6月5日16时 河南义煤集团公司千秋煤矿突发冲击地压 事故造成21201回采工作面下巷道瞬间凸起 此次冲击地压受损巷道共计565米 近400米巷道闭合或半闭合 共造成13人死亡 11人重伤 煤矿冲击地压事故 义马千秋煤矿冲击地压事故现场 煤矿冲击地压事故 5 古城煤矿 2 28 冲击地压事故 一 矿井概况古城煤矿隶属临沂矿业集团 于1996年5月1日开工建设 2001年1月1日投产 设计生产能力90万吨 年 2006年矿井核定生产能力为220万吨 年 采深已达1050m 局部达1100m 矿井地质构造复杂 截止目前已发现的断层有324条 主采煤层为3煤 煤层倾角10 30 平均厚度8 51m 3煤层具有强冲击倾向性 矿井共分三个水平 第一生产水平为 505m水平 已回采完毕 目前生产水平为第二水平 850m水平 三水平 1030m水平正在开拓 矿井现有3个采煤工作面 10个掘进工作面 采煤方法为综采放顶煤一次采全高 垮落法管理顶板 工作面采用长壁式仰斜或俯斜开采 开拓巷道采用锚网索喷支护 回采巷道采用锚网索梯支护 煤矿冲击地压事故 5 古城煤矿 2 28 冲击地压事故 二 事故地点概况冲击地压事故发生在2103工作面皮带顺槽 2103工作面南临2102工作面采空区 2004年1月 12月 条带煤柱宽110m 北临2105工作面采空区 2003年1月 12月 煤柱宽度6m 工作面煤层厚度8 5m 倾角4 15 结构简单 2103工作面采深900 1100m 采用综采放顶煤回采工艺 直接顶为1 9m的砂质泥岩 老顶为10 3m中砂岩 底板为15m的砂泥岩 煤矿冲击地压事故 2103工作面冲击地压事故地点位置示意图2103工作面皮带顺槽延长段位于2103皮带顺槽与泄水巷贯通处以下 目的是为了工作面加宽段的缩面时回撤工作面所用 避开冲击地压危险区 采面扩大处100m内 巷道设计长度120m 沿3煤层底板掘进 巷道断面为直墙圆弧拱形 宽度4 8m 高度3 8m 拱高1 8m 墙高2 0m 采用锚网索梯支护 巷道采用炮掘 运煤方式为裸体耙装机跟40T溜子 截止2009年2月28日 顺槽延长段实际掘进54m 煤矿冲击地压事故 5 古城煤矿 2 28 冲击地压事故 三 事故发生经过2月27号夜班掘进一工区二队马纪明班根据班前会工作安排 到2103皮带顺槽延长段施工 28日1时30分该掘进迎头放炮扒装完毕后 准备支护迎头两帮网 在4时28分该区域发生冲击地压 造成迎头后50余米及2103泄水巷 第四部皮带联络巷 第五部皮带巷顶板下沉 底板鼓起 两帮移近 顶底板最大移近距离达3 3m 该冲击地压事故伤及6人 其中1人死亡 微震监测显示达1 28 107J矿震 摧垮巷道近260m 煤矿冲击地压事故 5 古城煤矿 2 28 冲击地压事故 煤矿冲击地压事故 5 古城煤矿 2 28 冲击地压事故 四 事故特征1 巷道变形情况 范围 事故造成2103皮带顺槽延长段 2103泄水巷 2103皮带顺槽共260余米巷道严重变形 破坏程度 顶底板移近距离2 1 3 3m 巷道高度最小处不足0 5m 煤矿冲击地压事故 5 古城煤矿 2 28 冲击地压事故 2 顶板支护破坏情况 锚杆 锚索被抛出 金属网被拉断 导致顶板支护失去作用 皮带顺槽延长段12棵悬浮式单体液压支柱扭曲变形 3 机电设备情况 现场设备停运 照明停电 通讯线路被破坏 损坏 埋压风筒123m 局部40T刮板输送机被掀起 煤矿冲击地压事故 5 古城煤矿 2 28 冲击地压事故 4 产生大量煤尘 强大的冲击波造成了大量煤尘飞扬 抛在支柱上的煤尘厚度达27mm 5 强烈震动 事故发生时产生了强大的冲击波 并伴有巨大声响 地面矿区和附近村庄人员都有不同程度震感 6 事前征兆 事故发生前现场没有发现明显应力变化的前兆信息 事故具有突发性 瞬时性 破坏性 7 能量巨大 该矿微震监测系统监测到 该区域发生能量为1 28 107J的矿震 经当地地震台网测定 震级为里氏2 8级 煤矿冲击地压事故 5 古城煤矿 2 28 冲击地压事故 五 事故原因分析1 煤层具有强冲击倾向 2 工作面煤层埋藏深度达1100m 地压大 煤岩体中的应力集中程度高 积聚的能量大 3 覆岩中具有多层坚硬 厚度大的砂岩 覆岩不能充分采动 高位关键层悬空 使煤岩体中形成了高应力 4 2103工作面皮带顺槽延长段位于支承压力叠加集中区域 受2105工作面采空区 断层影响 2103工作面回采扰动 煤矿冲击地压事故 5 古城煤矿 2 28 冲击地压事故 六 事故教训1 提高认识国务院 特别规定 将冲击地压作为煤矿十五项重大隐患之一 要求必须采取有效措施进行治理 否则 不得生产 由于冲击地压事故的危害性和波及区域较大 一旦发生事故容易造成多人伤亡 因此 我们对于冲击地压应给予足够的重视 牢固树立冲击地压可防可控思想 结合各自实际 提前采取有效解危措施 确保先安全 后生产 不安全 不生产 2 正确处理好安全与生产的关系在无法回避的重点防冲区域要坚决做到先治理后采掘 不解危不采掘 不安全不采掘 3 优化开拓布局合理选择开采方法和巷道布置方式 避免形成孤岛采煤 开拓巷道 硐室尽量布置在岩层中 以此降低冲击危险 从源头上避免形成应力集中区 严禁采掘相向作业 4 易发区域采煤工作面两顺槽的防冲是安全管理的重点 在易发生冲击地压的超前支护段 需加强超前支护的强度 煤矿冲击地压事故 5 古城煤矿 2 28 冲击地压事故 七 防范措施1 支护方面采面超前支护段采用悬浮式单体支柱 进一步增强支护强度 在工作面端头及超前支护支柱加穿木鞋 对单体支柱及支架全部更换大流量安全阀 单体支柱的安全阀卸载流量由3L min改为16L min 支架立柱安全阀流量由100L min改为200L min 2 材料管理工作面顺槽的材料必须存放在距工作面150m以外 单体支柱 铰接顶梁 支柱缸体等刚性材料必须使用防冲材料框配合钢丝绳将其绑扎固定在巷道的帮锚杆上 小型材料集中装箱存放 并将箱子固定好 以防止发生冲击地压时弹起崩伤人员 煤矿冲击地压事故 5 古城煤矿 2 28 冲击地压事故 3 固定串车将串车的每辆车盘使用四条40T链子将串车固定在轨道上 另外在巷道内侧还必须用40T链子固定在巷道帮锚杆上 4 防锚索盘脱落对两顺槽距工作面煤壁150m范围的锚索钢绞线外露部分均匀劈开 使用10 铁丝绑扎在支护金属网上 以防止在发生冲击地压时将锚索盘弹出伤人 5 特殊保护措施对重点岗位采取的特殊保护措施 如集控司机在集控室内壁加海绵缓冲层等 煤矿冲击地压事故 5 古城煤矿 2 28 冲击地压事故 6 加大煤层注水力度通过注水改变煤的物理力学性质 降低煤层应力状态和冲击倾向 减少煤尘总量 降低回冲击地压引发煤尘爆炸几率 7 应急预案加强职工教育 增强防范意识 提前制定应急预案 明确撤人条件 存在以下安全生产隐患的 应撤出人员 停止生产 排除隐患 未配备专业人员并编制专门设计的 未进行冲击地压预测预报 未采取有效防治措施的 未编制有针对性的应急预案并传达贯彻的 虽然采取了防治措施 但未有效消除隐患的 煤矿冲击地压事故 1 什么是冲击地压 冲击地压亦称 冲击矿压 非煤矿山或其他岩土工程也称为 岩爆 是煤矿开采中典型的动力灾害之一 这种动力灾害通常是在煤岩力学系统达到强度极限时 聚积在煤岩体中的弹性能量以突然 急剧 猛烈的形式释放 导致煤岩层瞬时破坏并伴随有煤粉和岩石的冲击 造成井巷 支架与设备的破坏以及人身伤亡事故 冲击地压还可能引发其他矿井灾害 尤其是瓦斯 煤尘爆炸 火灾以及水灾 干扰通风系统 强烈的冲击地压甚至会造成地面建筑物的破坏和倒塌等 冲击地压基本概念 2 冲击地压特点 1 突发性冲击地压发生前一般没有明显的宏观前兆 而是突然发生的 冲击过程短暂 持续时间为几秒到几十秒 2 瞬时震动性冲击地压发生一般伴随有强烈的震动和声响 最大震级可达M4 3级 地面几千米范围有震感 震动持续时间一般不超过几十秒 3 类型多样性我国冲击地压以煤层冲击最常见 也有顶板冲击和底板冲击 在煤层冲击中 绝大多数表现为破碎煤从煤壁抛出 也有个别情况表现为数十平方米的煤体整体滑移 4 巨大破坏性 人员伤亡 破坏生产 地面房屋被震坏开裂 甚至发生倒塌 冲击矿压的影响 冲击地压基本概念 3 冲击地压分类 根据应力状态 显现强度 发生位置的不同 冲击地压可分为以下几类 1 根据应力状态分类根据原岩 煤 体应力状态不同 冲击地压可分为以下三类 重力型冲击地压 主要受重力作用 没有或只有极小构造应力影响的条件下引起的冲击地压 构造应力型冲击地压 若构造应力远远超过岩层自重应力时 主要受构造应力的作用引起的冲击地压 中间型或重力 构造型冲击地压 它是受重力和构造应力的共同作用引起的冲击地压 冲击地压基本概念 2019 12 20 28 可编辑 3 冲击地压分类 2 根据显现强度分类 弹射 一些单个碎片从处于高应力状态下的煤或岩体上射落 并伴有剧烈声响 属于微冲击现象 矿震 它是煤 岩内部的冲击地压 即深部的煤或岩体破坏 但煤 岩并不向已采空间抛出 只有片帮或塌落现象 但煤或岩体产生明显震动 伴有巨大声响 有时产生煤尘 较弱的矿震称为微震 也称为 煤炮 弱冲击 煤或岩石向已采空间抛出 但破坏性不很大 对支架 机器和设备基本上没有损坏 围岩产生震动 一般震级在2 2级以下 伴有很大的声响 产生煤尘 在瓦斯煤层中可能有大量瓦斯涌出 强冲击 部分煤或岩石急剧破碎 大量向已采空间抛出 出现支架折损 设备移动和围岩震动 震级在2 3级以上 伴有巨大声响 形成大量煤尘和产生冲击波 冲击地压基本概念 3 冲击地压分类 3 根据发生位置分类根据发生的地点和位置冲击地压可分为两大类 煤体冲击 冲击发生在煤体内 根据冲击深度和强度又分为表面 浅部和深部冲击 围岩冲击 发生在顶底板岩层内 根据发生位置有顶板冲击和底板冲击 冲击地压基本概念 4 我国冲击地压现状及发展趋势 据统计 1949年以前我国发生冲击地压的矿井只有1 2个 50年代增加为7个 60年代为12个 70年代为22个 80年代32个 90年代50个 目前已达120多个 近年来随着开采深度的增加 开采范围的扩大 我国冲击地压矿井数和总的冲击次数也随之增加 仅2003年至2008年底 在抚顺 义马 北京 华亭 大同 阜新 七台河 平顶山 新汶 徐州 大屯 开滦等局矿因冲击地压的发生而导致的重大伤亡事故就多达20余起 死伤人数达数百人 冲击地压基本概念 冲击地压发生的原因是多方面的 但从总的来说可以分为三类 即自然因素 技术因素和管理因素 冲击地压成因分析 1 自然因素 1 开采深度随开采深度的增加 煤岩体中聚积的弹性能增加 冲击地压发生的可能性也随之增大 我国煤矿条件下 发生冲击地压最小深度为200 540m 平均为380m 从500m开始 随着开采深度的增加 冲击地压的危险性急剧增长 至800m冲击危险性增长趋势减缓 至采深非常大时 1200 1500m 冲击危险值将达到最大 2 地质动力因素 断层的影响 断层附近往往残存有因地壳运动形成的构造应力 该应力与开采引起的应力集中叠加 容易形成岩体震动 其中在断层的上盘开采时的震动能量大于断层下盘开采时的震动能量 冲击地压成因分析 1 自然因素 褶曲的影响 在褶曲向斜部分 其应力状态垂直为压力 水平为拉力 容易出现冒顶和冲击地压 在褶曲翼部 其应力状态垂直和水平均为压力 易出现冲击地压 褶曲背斜部分 其应力状态为垂直拉力 水平压力 也是最大矿山压力区域 3 煤岩的力学特征生产实践与试验研究均表明 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 煤的强度越高 引发冲击地压所要的应力越小 反过来说 若煤的强度越小 要引起冲击地压 就需要比硬煤高的多的应力 煤的冲击倾向性是评价煤层冲击性的特征参数之一 冲击地压成因分析 1 自然因素 4 顶板岩层特点研究表明 顶板岩层结构 特别是煤层上方坚硬 厚层砂岩顶板是影响冲击地压发生的主要因素之一 其主要原因是坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能 在坚硬顶板破断或滑移过程中 大量的弹性能突然释放 形成强烈震动 导致冲击地压 影响冲击地压发生的岩层为上方100m范围内的岩层 其中岩体强度大 厚度大的砂岩层起主要作用 5 煤层厚度及其变化根据统计分析 冲击危险程度与煤层厚度及其变化紧密相关 煤层越厚 冲击地压发生的越多 越强烈 而在煤层厚度变化区域 垂直地应力也会发生相应变化 比煤层厚度稳定的地方更容易发生冲击地压 冲击地压成因分析 2 开采及技术因素 冲击地压大多数发生在巷道 72 6 回采工作面则很少 27 4 而在有此情况下 冲击地压同时在巷道和采面发生 采煤方法 采掘顺序 煤柱大小 顶板管理形式等开采技术条件都对冲击地压的发生有较大影响 1 采煤方法冲击地压煤层采煤方法的选择首要考虑的是规则的进行采煤 主要表现为不留或少留煤柱 尽可能保证工作面成直线 不使煤层有向采空区突出地段 通常情况下 短壁开采体系的采煤方法由于采掘巷道多 巷道交叉多 各种煤柱多 因此所形成的支承压力多重叠加 极易导致冲击地压的发生 大量实践表明 长壁工作面采煤法是冲击地压煤层最有利的采煤方法 2 巷道布置巷道布置方式直接关系到煤柱的位置 尺寸 更直接影响煤柱附近煤岩体应力分布 甚至会导致冲击地压的发生 冲击地压煤层中的所有巷道应布置在应力集中圈外 冲击地压成因分析 2 开采及技术因素 3 顶板管理方式顶板管理方式对冲击地压的影响较为显著 因为顶板岩层的悬 断 垮 冒 直接关系到顶板岩层中弹性能的释放形式和向煤层传递应力和弹性能的能力 甚至关系到煤体中是否会受到运载的影响而加剧冲击地压的发生 4 采掘顺序在煤层中布置多个回采和掘进工作面时 工作面布置方式和采掘顺序将强烈影响煤岩体内的应力分布 矿井中 冲击地压经常出现在 工作面向采空区推进时 在距采空区15 40m的应力集中区域内掘进巷道 两个工作面相向推进 两个近距离煤层中的两个工作面同时开采 冲击地压成因分析 2 开采及技术因素 5 煤柱留设煤柱是产生应力集中的地点 煤柱附近煤体应力集中程度大 发生冲击地压的可能性也较大 开采冲击地压煤层时 煤柱留设应遵循以下原则 进行开采设计时 应选择不留煤柱 少掘巷道的设计方法 缓倾斜或倾斜煤层在采取行之有效的安全措施的前提下 应采用无煤柱或小煤柱护巷布置巷道 开采巷道必须留设煤柱时 煤柱形状要规则 不得留有锐角 开采冲击地压煤层时 不应在采空区留有煤柱 如果在采空区留有煤柱 必须将煤柱的位置 尺寸以及影响范围标在采掘工程图上 6 其他开采技术条件残采区和停采线对冲击地压发生影响较大 相邻工作面切眼 停采线应对齐 避免出现梯形 三角形或锯齿形等不规则煤柱 冲击地压成因分析 3 管理因素 为有效杜绝或减少冲击地压灾害的发生 对冲击地压矿井的组织管理工作也尤为重要 冲击地压矿井要建立自上而下组织关系完善的防冲管理体系和职责明确的防冲击责任体系 建立健全防冲各项管理制度 做到管理到位 责任明确 牵一发而动全身 各个职能部门落实好防冲工作所必须的人力 材料和装备 保证硬件齐全 保障防冲工作高效持续开展 对全体职工进行必要的防冲知识培训 以提高职工对冲击地压灾害的认识 根据实际情况制定科学有效的冲击地压预防和治理措施 并落实措施到位 做到全体职工共同参与 保障矿井安全生产 冲击地压成因分析 冲击地压综合预测 1 首先分析地质开采条件 根据综合指数法和计算机模拟分析方法 预先划分出冲击地压危险及重点防止区域 提出冲击地压的早期区域性预报2 采用微震监测系统 对矿井冲击危险提出区域和及时预报3 采用地音监测法 电磁辐射监测法等地球物理监测手段 对矿井回采和掘进工作面进行局部地点的预测预报4 然后采用钻屑法 对冲击地压危险区域进行检测和预报5 同时对危险区域和地点进行处理 冲击地压预测预报 1 综合指数法 危险程度分析与早期预报 冲击地压危险状态决定因素 岩体应力 是由于采深 构造及开采历史造成的 其中残留煤柱和停采线上的应力集中将长期作用 而采空区卸压在一定时间后会消失 岩体特性 特别是形成高能量震动的倾向 这主要来自厚层 高强度的顶板岩层 减小顶板岩层的强度 增加岩层的分层数目 特别是多次分层开采可限制大震动的发生 煤层特征 主要是在超过某个压力标准值时的动力破坏倾向性 对于所有的煤层来说 条件满足时 都会发生冲击 但对于弱冲击煤层来说 所要求的压力值要远远大于具有冲击倾向性的煤层 冲击地压预测预报 冲击地压危险等级划分原则 根据冲击地压发生的原因 冲击地压的预测预报 危险性评价及冲击地压的治理 通过统计 模糊数学等的分析研究 可以对冲击地压的危险程度按冲击地压危险状态等级评定的综合指数法定量化的分为如下表五级 冲击地压预测预报 1 综合指数法 危险程度分析与早期预报 1 地质因素影响及指数 2 开采因素影响及指数 冲击地压预测预报 2 钻屑法 局部监测方法 支承压力达到临界值 且煤层又具有中等以上冲击倾向性 冲击地压就可能发生支承压力峰值大小及其距煤壁的远近 可采用钻屑法探测钻屑法是通过在煤层中打直径42 50mm的钻孔 根据排出的煤粉量及其变化规律和有关动力效应 鉴别冲击危险的一种方法 冲击地压预测预报 3 微震法 区域性监测方法 ARAISM E微震监测系统的主要功能是对全矿范围的微震事件进行监测 自动记录微震活动 实时进行震源定位和微震能量计算 为评价全矿范围内的冲击地压危险提供依据 其原理是利用各拾震器接收到震动波的时间存在差异 在特定条件的波速场条件下进行定位 以判定震源点位置 同时利用震相持续时间计算震动释放的能量 并标入采掘工程图和速报显示给生产系统体系 以便及时采取措施 冲击地压预测预报 4 电磁辐射法 局部监测预报方法 煤岩电磁辐射是煤岩体受载变形破裂过程中向外辐射电磁能量的一种现象 与煤岩体的变形破裂过程密切相关 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 采用电磁辐射仪对煤岩电磁辐射波进行收集 分析 处理 就能动态监测预报冲击地压等煤岩动力灾害 冲击地压预测预报 非接触 定向区域性连续监测的宽频电磁辐射监测系统 冲击地压预测预报 冲击地压的治理 冲击地压危险区开采过程中必须坚持 先解危 后开采 的原则 按照 监测 落实防护措施 效果检查 再治理 的基本程序 及时消除冲击危险隐患 对冲击危险区域进行解危时主要采用煤层注水 爆破卸压 钻孔卸压等方法 也可视情况采用具有解危效果的其它生产技术措施 冲击地压的治理 冲击地压的治理 1 煤层注水水对煤的冲击倾向性有着显著的降低作用 煤层注水防治冲击地压的原理是 通过煤层注水 煤的结构发生改变 强度下降 变形特性明显 塑化 煤体中积聚弹性能的能力下降 以塑性变形方式消耗弹性能的能力增加 煤的冲击倾向性大为减弱 甚至完全失去冲击能力 冲击地压的治理 冲击地压的治理 2 卸压爆破卸压爆破作为防治冲击地压的一种方法 是对已形成冲击危险的煤体实施钻孔爆破 以减缓或消除其冲击危险的一种解危措施 卸压爆破的原理是 通过对煤体实施钻孔爆破 使钻孔周围一定区域的煤岩体产生裂隙 其结构发生破坏 承载能