煤矿顶板灾害预警与防治技术

煤矿顶板灾害预警与防治技术主要内容顶板灾害严峻形势顶板灾害主要诱因分析顶板灾害防治思路顶板灾害防治途径顶板灾害监测预警装备

应用情况一点认识一、顶板灾害严峻形势我国煤矿顶板事故总起数和总死亡人数一直处于各类事故之首。“十一五”期间，顶板事故发生起数和死亡人数分别占事故总起数和死亡总人数的52.9%和38.1%；

“十一五”期间全国煤矿事故按类别统计表事故类别2006年2007年2008年2009年2010年事故起数死亡人数事故起数死亡人数事故起数死亡人数事故起数死亡人数事故起数死亡人数顶板163319021299151810321222805939702829瓦斯32713192721084182778157755145623机电9493908610610997977178运输467517409453348400285319246281放炮78906977395545753437水害10041763255592634716638224火灾72610721111143112168其它239382209241177277176249155193合计2945474624213786195432151616263114032433事故类别事故起数死亡人数顶板567665瓦斯119533机电5757运输239279放炮3235水害44192火灾434其它139178合计120119732011年全国煤矿事故统计表2011年各类事故起数所占比例2011年各类事故死亡人数所占比例4起，28.6%12人，24.0%6起，42.9%23人，46.0%2起，14.3%8人，16.0%2起，14.3%7人，14.0%2011年较大顶板事故按发生地点统计序号矿名、工作面名称支架工作阻力/kN压架情况1华能扎赉诺尔铁北矿、灵泉矿8000多次压架2神东集团榆家梁矿10600多次压架3同煤塔山矿8102、8103综放面13000频繁压架4伊泰纳林庙一号井/酸刺沟矿6800/15000多次压架5新汶龙固煤矿1301综放面11000多次压架6皖北煤电祁东煤矿6130，7130工作面，采高2.6m。4400多次频繁压架近年来发生的压架事故传统观念认为顶板事故主要发生在支护不合格的地方中小煤，近年来，随着煤矿开采装备水平的提高，支架支护阻力显著提高，部分煤矿支架工作阻力超过15000KN，国有大型煤矿依然频繁发生压架事故。实践证明，顶板事故的发生呈现新特点，不仅要开展科学系统的矿压理论研究，更要加强监测与管理。顶板事故形势严峻，呈现新特点

支架低头压死状态支架前端台阶下沉冒顶情况巷道冒顶冲击地压支架立柱穿入顶梁2顶板灾害主要诱因分析煤层开采条件（埋深、煤层厚度、倾角、构造、煤岩体强度）

采煤方法（房柱式、炮采、普采、综采，大采高综采、综放开采、分层开采）装备水平（采掘面机械化程度、支护方式及强度）采掘工作面布置（应力集中）操作、管理水平1981～2004年国有重点煤矿采煤机械化程度与百万吨死亡率间关系（摘自《中国工程院咨询项目“煤矿灾害防治的技术与对策”》）

三、顶板灾害防治总体思路了解对象优化设计监测预警及时治理

四、顶板灾害防治主要途径（1）了解顶板控制对象，评价顶板危险性

基础参数：了解开采条件、进行煤岩体物理力学性质测试、地应力测量及冲击倾向性鉴定；

精细地质勘探：采掘面构造超前探测，预测矿压显现强度，评价顶板灾害发生危险性（采掘过程中发生片帮、冒顶、切顶、压架、冲击地压等）。巷道超前构造探测(MSP)KDZ1114-6B30MPTMPTMPTMWP回采面超前探测装备PASATM便携式微震监测仪回采面超前探测结果图1纵波波速CT反演切片图（单位m/ms）

四顶板灾害防治主要途径（2）优化设计，防范顶板灾害优化采区布置与采掘接替，避免形成大的应力集中与动压叠加；合理支护方式及支护强度；针对顶板危险性评价结果，对危险区域制订顶板灾害监测方案和防治预案。四、顶板灾害防治主要途径（3）对顶板灾害危险区域实时监测与预警采用最新开发的KJ21顶板灾害监测预警系统对危险区域进行在线实时监测。建立“顶板灾害监测预警平台”，建立统一数据中心和展示平台，消除信息壁垒和信息孤岛，实现顶板灾害监测信息的互联、互享、互动。四、顶板灾害防治主要途径（4）及时对顶板灾害进行解危检修支架供液系统、提高初撑力、提高支护效率；加强推进速度、降低矿压显现强度；及时、擦顶移架，改善回采工艺等；坚硬顶板处理、破碎顶板加固、个体防护（如冲击地压、大倾角-急倾斜工作面防飞石伤人）、卸压解危（大面积顶板来压、冲击地压）、加强巷道支护。坚硬顶板弱化处理支架工作阻力曲线心电图曲线工作面推进速度初撑力合格率来压步距及强度立柱窜液或损坏安全阀开启率支架支撑效率。。。。。。加强监测预警是顶板灾害防治的重中之重。五顶板灾害监测预警装备与技术普通矿压监测系统微震监测系统地音监测系统KJ21顶板与冲击地压监测系统及预警平台国内普通矿压监测系统存在的问题

矿井顶板灾害的发生具有瞬间性，目前国内矿压监测系统循检时间一般为5～30min，无法全部捕捉到准确的灾害先兆信息，不是严格意义上的顶板灾害监测系统。

采矿所开发了以KJ21顶板与冲击地压监测系统为核心的“顶板灾害监测预警系统及预警平台”。2012年采矿所主持完成的“矿井顶板灾害监测系统研究与应用”项目获中国煤炭工业科技进步二等奖；

2013年3月，我所完成的“基于无线传感网络的高可靠性顶板灾害监测系统”被专家鉴定为“国际领先水平”。KJ21顶板与冲击地压监测系统简介工作面支架阻力监测支架状态监测巷道离层监测煤岩应力监测巷道锚杆锚索受力监测巷道变形监测视频监测光纤环网无线通讯系统KJ21系统硬件架构特色一：首创智能型压力数据采集模式，最短采集间隔达秒级。初撑力点移架时长58s记录点两种采样模式实施效果对比曲线定时采集曲线智能采集曲线2012年3月20日监测数据特色二：提出回采面顶板灾害预警指标及智能分析算法初撑力合格率，来压步距，安全阀开启率、不保压率。危险区域监测断面围岩稳定性评价结果离层特色三：提出巷道顶板灾害预警指标围岩变形量及变形速度，离层量及离层速度，锚杆及锚索受力增长速度。特色四：建立了顶板灾害监测预警平台以“智能化采集模式”及“矿压数据智能分析模型”为基础，将矿压理论与实践研究成果与信息技术相结合，提出顶板灾害监测预警指标、预警阀值及预警准则，实现顶板灾害的智能化监测和预警。该项创新技术2012年被国家局确定为“四个一批”推广项目（安监总科技［2012］119号文件。已在鄂尔多斯矿区、皖北煤电集团、中煤集团等矿区成功应用。矿监测主机集团服务器平台物理架构井下系统展示平台平台逻辑结构六、监测预警系统应用实例酸刺沟矿千万吨综放工作面频繁压架酸刺沟：6上105-2综放工作面开采初期，发生过多次大面积压架事故，工作面无法正常生产。采用该系统加强观测和预警后，工作面实现了正常生产。酸刺沟煤矿：支架支护强度低，安全阀长期开启华能扎赉诺尔矿综放工作面无法达产铁北矿：在铁北矿在没有采用该系统时，右三片工作面最高月产量只有21万t，工作面时常发生压架顶板事故，在采用该系统后，实现了工作面顶板灾害的及时预警，有效的保证了工作面的正常生产，工作面平均月产达31.2万t。铁北矿：支架初撑力低，液压系统跑冒滴漏六、应用情况

KJ21顶板灾害监测系统已累计已销售近150套，市场范围覆盖了神华集团、晋城煤业集团、山西焦煤集团、同煤集团、中煤能源集团、开滦集团、伊泰集团等国内大型煤炭集团下属煤矿