综合指数分析方法分析千秋煤矿冲击地压危险性

1、中国科技论文在线综合指数分析方法分析千秋煤矿冲击地压危险性 张少帅1.51.5Faculty of Safety Engineering of CUMT中国矿业大学安全工程学院2210081589521116115895211161江苏徐州中国矿业大学学八112afgi张少帅（1985-），男，河南濮阳人，硕士研究生,研究方向：瓦斯抽采与防治张少帅zhangshaoshuai张少帅1.51*|*期刊*|*窦林名，何学秋. 煤矿冲击矿压的分级预测研究J.中国矿业大学学报，2007.11:718720<CR>2*|*期刊*|*张海明

2、，刘向峰，王来贵. 避免采矿诱发冲击地压成灾的卸压洞法J. 辽宁工程技术大学学报，2001.12：778779<CR>3*|*期刊*|*代黎光等. 大安山煤矿深部冲击矿压的数值模拟研究J. 煤矿开采，2008年第五版：255257<CR>4*|*期刊*|*白汉营，王档良. 模糊综合评判法在煤层冲击倾向性评价中应用J. 能源技术与管理，2006年第一期：2123<CR>5*|*期刊*|*韩军，张宏伟. 地质动力区划中断裂活动性的模糊综合评判J. 中国地质灾害与防治学报，2007年02期：101105<CR>6*|*期刊*|*王蓓，吴继忠. 采矿地质

3、因素评定冲击地压危险J. 矿山压力与顶板管理，2001年01期：7274<CR>7*|*期刊*|*彭轩，王浩. 龙固煤矿冲击矿压危险性分析J. 煤炭技术，2005年9月；6061<CR>8*|*期刊*|*秦玉红，窦林名，牟宗龙. 义马千秋煤矿冲击地压危险性分析J. 贵州工业大学学报（自然科学版），2004年2月：3031<CR>9*|*期刊*|*付永水. 千秋矿特厚煤层冲击地压防治技术研究J. 煤炭科学技术，2004.6：1820*|1|张少帅|zhangshaoshuai|中国矿业大学安全工程学院|Faculty of Safety Engineering

4、 of CUMT|张少帅（1985-），男，河南濮阳人，硕士研究生,研究方向：瓦斯抽采与防治|江苏徐州中国矿业大学学八112|221008|afgi15895211161综合指数分析方法分析千秋煤矿冲击地压危险性|Composite analysis of burst risk of qianqiu mine|- 6 -（中国矿业大学安全工程学院）摘要：煤矿中冲击地压往往发生突然并且破坏性极大，综合指数法是通过大量统计数据归纳的快速预测冲击矿压危险性的有效方法。本文通过综合指数法分析了千秋煤矿21201回采工作面的冲击地压危险性，确定冲击矿压危险性等级为中等。分析了冲

5、击矿压的影响因素，其主要原因是坚硬顶板、采深、断层和采空区影响。地质条件与开采技术条件冲击矿压危险指数分别为0.68、0.59，说明消除冲击矿压危险性应重点从地质条件入手，为后续的监测和治理工作奠定基础。关键词：安全工程；千秋煤矿；综合指数；冲击矿压中图分类号：TD73Composite analysis of burst risk of qianqiu minezhangshaoshuai(Faculty of Safety Engineering of CUMT)Abstract: Burst tend to occur in a sudden,and devastaing.Composi

6、te index method is a effective way to rapidly predict burst based on a lot of statistical data.This paper analyzed the burst risk of mining face-21201 of qianqiu coalmine by a comprehensive index,determine the level of risk is medium.Analysis of rock burst factors, mainly due to roof, mining depth,

7、fault and mined areas. Geological conditions and mining conditions of rock burst hazard index were 0.68,0.59, indicating that elimination of risk of rock burst from the geological conditions should be focused on starting.Follow-up monitoring and management for the foundation work.Key words: Safety E

8、ngineering; qianqiu coalmine；comprehensive index；burst0 引言冲击矿压发生的过程是煤岩失稳破坏的过程，当煤岩体所受应力超过其强度极限且煤岩系统受到扰动时，煤岩系统会发生动态失稳，煤岩体内积聚的弹性能会突然释放，从而引起冲击。因此一般来说，在应力越集中的地方越容易发生冲击矿压，而随着开采深度的增加，这种应力集中程度越发明显，进而成为引发冲击地压的危险区域。千秋矿现开采深度已达到800米。矿井自1991年首次发生冲击以来，随着采深的不断加大，冲击地压显现愈加强烈。其中对矿井安全生产造成和构成严重危害的有五次，造成了大量的人员伤亡和财产损失。为避

9、免或减缓冲击危险，做好冲击危险的早期预报工作，保障21201工作面安全开采，本文利用综合指数分析法分析评价了千秋矿21201工作面冲击地压的危险性11 冲击危险评价方法目前对冲击危险性评价的主要有现场实测、相似材料模拟与计算机数值模拟及煤岩层冲击倾向性试验研究等方法。1.1 现场实测数据分析评价法通过现场实测数据评价煤岩层冲击性，主要方法有钻屑法、地音及微震检测法以及常规矿压观测。通过对冲击矿压工作面支架压力、立柱下缩量的观测，判断工作面顶板来压规律，同时对巷道的变形及其围岩应力分布进行观测2。在此基础上，研究工作面冲击矿压发生机理，预测冲击矿压发生的危险性及其区域。1.2 相似材料模拟与数值

10、模拟评级方法相似材料模拟可以为制定合理的采煤方法及预测发生冲击地压危险性区域提供依据，但由于模型大小及其试验成本限制，一般应用很少。利用计算机对冲击地压工作面或巷道采掘活动进行数值模拟3。依据模拟工作面或巷道等采掘空间的变形及应力分布情况，判断实际工作面或巷道变形破坏及应力分布与集中情况，从而确定采掘空间冲击矿压发生的危险性。1.3 煤层冲击倾向性实验研究主要是判煤岩层是否具有积聚大量能量并在破坏时瞬间释放的基本属性，煤岩层的冲击倾向性是产生冲击矿压的必要条件4。评价煤岩层冲击倾向性的重要指标主要有弹性能指数、冲击能指数、煤的动态破坏时间、岩石弯曲能指数等5。本文应用的综合指数分析法就是此类方

11、法。它具有评价过程简单，数据结构明了，评价结果准确等优点。2 确定评价程序2.1 评价模型简介本模型分别从地质条件及开采技术条件两方面对冲击矿压危险状态的因素的影响进行分析6。地质条件影响冲击矿压危险状态的因素及指数用下式来确定。 （1）式中：采矿地质因素确定的冲击矿压危险性指数；表1中第i个地质因素中的最大指数值；采掘工作面周围第i个地质因素的实际指数；地质因素的数目。开采技术条件影响冲击矿压危险状态的因素及指数用下式来确。 （2）式中 采矿地质因素确定的冲击矿压危险性指数； 表1中第i个地质因素中的最大指数值； 采掘工作面周围第i个地质因素的实际指数； 地质因素的数目。根据两个指数，用下式

12、就可以确定出采掘工作面周围冲击矿压危险状态等级评定的综合指数。 （3）式中 某采掘工作面的冲击矿压危险状态等级评定综合指数，以此可以圈定冲击矿压危险程度。2.2 冲击矿压危险性等级的划分原则根据冲击矿压发生的原因，冲击矿压的预测预报、危险性评价及冲击矿压的治理，通过统计、模糊数学等的分析研究，对冲击矿压的危险程度按评定其等级的综合指数法可定量化分为五级7。下面作一简要说明并提出有关对策：a无冲击危险。冲击矿压危险状态综合指数Wt<0.25。所有的采矿工作可按作业规程进行。b弱冲击危险。冲击矿压危险状态综合指数Wt=0.250.5。1） 所有的采矿工作可按作业规程进行。2） 作业中加强冲击

13、矿压危险状态的观察。c中等冲击危险。冲击矿压危险状态综合指数Wt=0.50.75。下一步的采矿工作应与该危险状态下的冲击矿压防治措施一起进行，且通过预测预报确定冲击矿压危险程度不再上升。d强冲击危险。冲击矿压危险状态综合指数Wt=0.750.95。1） 应当停止采矿作业，不必要的人员撤离危险地点。2） 矿主管领导确定控制冲击矿压危险的方法及措施，以及控制措施的检查方法，确定参加防治措施的人员。e不安全。冲击矿压危险状态等级评定综合指数Wt>0.95。应根据专家的意见采取特殊条件下的综合措施及方法。采取措施后，通过专家鉴定，方可进行下一步的作业。如冲击矿压的危险程度没有降低，则停止进行采矿

14、作业，该区域禁止人员通行。3 分析21201工作面冲击危险性21201综放工作面位于矿井二水平21采区下山西翼，北邻21181采空区（里段460米为煤层实体），南邻未开采的煤层实体，西邻千耿边界煤柱，东邻21采区采区下山煤柱，该工作面对应地表位置为丘陵山地，地形复杂，冲沟发育。地面标高549.1米611.5米，平均580.3米。工作面标高为-107.7米-168.2米，平均-138.0米，工作面采深720.2米749.2米，平均734.7米。3.1 冲击矿压影响因素分析a开采深度千秋矿21201面地面标高549.1米611.5米，工作面标高为-138.0米，开采深度为720多米。开采深度在20

15、.2米749.2米之间，冲击矿压发生的危险程度随着采深的增加会逐渐上升。b冲击倾向性该煤层煤体干燥，疏松破碎。较脆的煤层容易导致频繁煤爆的发生。而且，在一定的围岩（如坚硬顶板的存在）与压力条件下，有可能发生冲击矿压。同时，煤层厚度16.9m左右。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、变化越大，冲击矿压发生得越多，越强烈。c顶板岩层结构特征该面回采为二煤，千秋煤矿2#煤的顶板为20-30 m厚的泥岩,再上为厚达30-40 m厚的高强度砾岩,容易聚集大量的弹性能,导致冲击地压发生8。d构造的影响经该工作面上、下巷及切眼揭露证实，未发现断层。但工作面下巷距F16断层位置较近

16、，可能存在隐伏地质构造。该工作面西部有一宽缓、不对称的向斜，向斜枢纽倾伏方向330°倾伏角9°14°，即该向斜枢纽由浅部向深部S30°E延伸，对煤层厚度以及产状影响较大，会使得该面容易发生冲击矿压。e开采因素的影响本工作面北邻21181采空区下巷距F16断层位置较近，受相临21181工作面采空区残余支承压力以及一侧大断层构造应力的影响，在本工作面顶板和煤体内已贮存大量的弹性能，冲击危险就很大，这样的工作面情况很容易导致煤岩体应力高度集中，很可能引发冲击矿压9。综合以上分析，可以认为，21201工作面及其顺槽存在发生冲击矿压的可能性，冲击矿压危险性较大。其

17、主要原因是坚硬顶板、采深、断层和采空区影响。3.2 综合指数法分析依据上面的模型，对21201工作面冲击矿压危险性分析也从工作面采矿地质条件和工作面开采技术条件两方面分析。21201工作面各采矿地质因素对冲击矿压危险程度的影响见表1所示。表1 地质条件确定冲击矿压危险等级Tab. 1 the level of burst risk based on geological condition序号因素危险状态影响因素影响因素的定义冲击矿压危险指数1发生过冲击矿压采用同种作业方式在该层和煤柱中多次发生过冲击矿压32开采深度大于700m23顶板中坚硬厚岩层距煤层的距离<50m34开采区域内的构造

18、应力集中>10%正常15顶板岩层厚度特征参数Lst5026煤的抗压强度Rc16 Mpa07煤的冲击能量指数WET2WET < 528Wt1=Wi/Wimax0.68由表4-3可知，通过分析方法，21201工作面冲击矿压危险指数Wt=0.68，属于中等冲击危险。需要进行观测，同时进行处理。21201工作面开采技术条件对冲击矿压危险程度的影响，即冲击矿压危险性指数见表2所示表2 开采技术条件确定冲击矿压危险等级Tab. 2 the level of burst risk based on Mining technology序号因素冲击矿压危险状态影响因素影响因素的定义冲击矿压危险指数1

19、W1工作面距残留区域停采线的垂直距离>60m02W2未卸压的厚煤层留顶煤或底煤厚度大于1.0m33W3未卸压一次采全高的煤厚>4.0米34W4单侧采空，采面斜长<150m25W5沿采空区掘进巷道3-15m煤柱26W6采面接近采空区距离小于50m37W7回采工作面接近分叉的距离小于50m回采面38W8回采工作面接近落差大于3m断层的距离小于50m接近下盘29W9接近煤层倾角剧烈变化的皱曲距离小于50m010W10接近煤层合层部分回采面211W11卸压程度中-412W12采空区处理方式采用垮落法013W1614Wt2=Wi/Wimax0.59由表2可知，按开采技术条件确定，21201工作面冲击矿压危险指数为0.59为中等冲击危险。因此可以判断=0.684 结论根据对千秋煤矿21201工作面进行的综合指数分析，得出如下结论。（1）千秋矿21201工作面有