綜合指數(shù)分析方法分析千秋煤礦沖擊地壓危險(xiǎn)性

1、中國科技論文在線綜合指數(shù)分析方法分析千秋煤礦沖擊地壓危險(xiǎn)性 張少帥1.51.5Faculty of Safety Engineering of CUMT中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院2210081589521116115895211161江蘇徐州中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)八112afgi張少帥（1985-），男，河南濮陽人，碩士研究生,研究方向：瓦斯抽采與防治張少帥zhangshaoshuai張少帥1.51*|*期刊*|*竇林名，何學(xué)秋. 煤礦沖擊礦壓的分級預(yù)測研究J.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007.11:718720<CR>2*|*期刊*|*張海明

2、，劉向峰，王來貴. 避免采礦誘發(fā)沖擊地壓成災(zāi)的卸壓洞法J. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001.12：778779<CR>3*|*期刊*|*代黎光等. 大安山煤礦深部沖擊礦壓的數(shù)值模擬研究J. 煤礦開采，2008年第五版：255257<CR>4*|*期刊*|*白漢營，王檔良. 模糊綜合評判法在煤層沖擊傾向性評價(jià)中應(yīng)用J. 能源技術(shù)與管理，2006年第一期：2123<CR>5*|*期刊*|*韓軍，張宏偉. 地質(zhì)動力區(qū)劃中斷裂活動性的模糊綜合評判J. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2007年02期：101105<CR>6*|*期刊*|*王蓓，吳繼忠. 采礦地質(zhì)

3、因素評定沖擊地壓危險(xiǎn)J. 礦山壓力與頂板管理，2001年01期：7274<CR>7*|*期刊*|*彭軒，王浩. 龍固煤礦沖擊礦壓危險(xiǎn)性分析J. 煤炭技術(shù)，2005年9月；6061<CR>8*|*期刊*|*秦玉紅，竇林名，牟宗龍. 義馬千秋煤礦沖擊地壓危險(xiǎn)性分析J. 貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004年2月：3031<CR>9*|*期刊*|*付永水. 千秋礦特厚煤層沖擊地壓防治技術(shù)研究J. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2004.6：1820*|1|張少帥|zhangshaoshuai|中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院|Faculty of Safety Engineering

4、 of CUMT|張少帥（1985-），男，河南濮陽人，碩士研究生,研究方向：瓦斯抽采與防治|江蘇徐州中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)八112|221008|afgi15895211161綜合指數(shù)分析方法分析千秋煤礦沖擊地壓危險(xiǎn)性|Composite analysis of burst risk of qianqiu mine|- 6 -（中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院）摘要：煤礦中沖擊地壓往往發(fā)生突然并且破壞性極大，綜合指數(shù)法是通過大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)歸納的快速預(yù)測沖擊礦壓危險(xiǎn)性的有效方法。本文通過綜合指數(shù)法分析了千秋煤礦21201回采工作面的沖擊地壓危險(xiǎn)性，確定沖擊礦壓危險(xiǎn)性等級為中等。分析了沖

5、擊礦壓的影響因素，其主要原因是堅(jiān)硬頂板、采深、斷層和采空區(qū)影響。地質(zhì)條件與開采技術(shù)條件沖擊礦壓危險(xiǎn)指數(shù)分別為0.68、0.59，說明消除沖擊礦壓危險(xiǎn)性應(yīng)重點(diǎn)從地質(zhì)條件入手，為后續(xù)的監(jiān)測和治理工作奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：安全工程；千秋煤礦；綜合指數(shù)；沖擊礦壓中圖分類號：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 引言沖擊礦壓發(fā)生的過程是煤巖失穩(wěn)破壞的過程，當(dāng)煤巖體所受應(yīng)力超過其強(qiáng)度極限且煤巖系統(tǒng)受到擾動時(shí)，煤巖系統(tǒng)會發(fā)生動態(tài)失穩(wěn)，煤巖體內(nèi)積聚的彈性能會突然釋放，從而引起沖擊。因此一般來說，在應(yīng)力越集中的地方越容易發(fā)生沖擊礦壓，而隨著開采深度的增加，這種應(yīng)力集中程度越發(fā)明顯，進(jìn)而成為引發(fā)沖擊地壓的危險(xiǎn)區(qū)域。千秋礦現(xiàn)開采深度已達(dá)到800米。礦井自1991年首次發(fā)生沖擊以來，隨著采深的不斷加大，沖擊地壓顯現(xiàn)愈加強(qiáng)烈。其中對礦井安全生產(chǎn)造成和構(gòu)成嚴(yán)重危害的有五次，造成了大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為避

9、免或減緩沖擊危險(xiǎn)，做好沖擊危險(xiǎn)的早期預(yù)報(bào)工作，保障21201工作面安全開采，本文利用綜合指數(shù)分析法分析評價(jià)了千秋礦21201工作面沖擊地壓的危險(xiǎn)性11 沖擊危險(xiǎn)評價(jià)方法目前對沖擊危險(xiǎn)性評價(jià)的主要有現(xiàn)場實(shí)測、相似材料模擬與計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬及煤巖層沖擊傾向性試驗(yàn)研究等方法。1.1 現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)分析評價(jià)法通過現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)評價(jià)煤巖層沖擊性，主要方法有鉆屑法、地音及微震檢測法以及常規(guī)礦壓觀測。通過對沖擊礦壓工作面支架壓力、立柱下縮量的觀測，判斷工作面頂板來壓規(guī)律，同時(shí)對巷道的變形及其圍巖應(yīng)力分布進(jìn)行觀測2。在此基礎(chǔ)上，研究工作面沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理，預(yù)測沖擊礦壓發(fā)生的危險(xiǎn)性及其區(qū)域。1.2 相似材料模擬與數(shù)值

10、模擬評級方法相似材料模擬可以為制定合理的采煤方法及預(yù)測發(fā)生沖擊地壓危險(xiǎn)性區(qū)域提供依據(jù)，但由于模型大小及其試驗(yàn)成本限制，一般應(yīng)用很少。利用計(jì)算機(jī)對沖擊地壓工作面或巷道采掘活動進(jìn)行數(shù)值模擬3。依據(jù)模擬工作面或巷道等采掘空間的變形及應(yīng)力分布情況，判斷實(shí)際工作面或巷道變形破壞及應(yīng)力分布與集中情況，從而確定采掘空間沖擊礦壓發(fā)生的危險(xiǎn)性。1.3 煤層沖擊傾向性實(shí)驗(yàn)研究主要是判煤巖層是否具有積聚大量能量并在破壞時(shí)瞬間釋放的基本屬性，煤巖層的沖擊傾向性是產(chǎn)生沖擊礦壓的必要條件4。評價(jià)煤巖層沖擊傾向性的重要指標(biāo)主要有彈性能指數(shù)、沖擊能指數(shù)、煤的動態(tài)破壞時(shí)間、巖石彎曲能指數(shù)等5。本文應(yīng)用的綜合指數(shù)分析法就是此類方

11、法。它具有評價(jià)過程簡單，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)明了，評價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。2 確定評價(jià)程序2.1 評價(jià)模型簡介本模型分別從地質(zhì)條件及開采技術(shù)條件兩方面對沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的因素的影響進(jìn)行分析6。地質(zhì)條件影響沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的因素及指數(shù)用下式來確定。 （1）式中：采礦地質(zhì)因素確定的沖擊礦壓危險(xiǎn)性指數(shù)；表1中第i個(gè)地質(zhì)因素中的最大指數(shù)值；采掘工作面周圍第i個(gè)地質(zhì)因素的實(shí)際指數(shù)；地質(zhì)因素的數(shù)目。開采技術(shù)條件影響沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的因素及指數(shù)用下式來確。 （2）式中 采礦地質(zhì)因素確定的沖擊礦壓危險(xiǎn)性指數(shù)； 表1中第i個(gè)地質(zhì)因素中的最大指數(shù)值； 采掘工作面周圍第i個(gè)地質(zhì)因素的實(shí)際指數(shù)； 地質(zhì)因素的數(shù)目。根據(jù)兩個(gè)指數(shù)，用下式

12、就可以確定出采掘工作面周圍沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級評定的綜合指數(shù)。 （3）式中 某采掘工作面的沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級評定綜合指數(shù)，以此可以圈定沖擊礦壓危險(xiǎn)程度。2.2 沖擊礦壓危險(xiǎn)性等級的劃分原則根據(jù)沖擊礦壓發(fā)生的原因，沖擊礦壓的預(yù)測預(yù)報(bào)、危險(xiǎn)性評價(jià)及沖擊礦壓的治理，通過統(tǒng)計(jì)、模糊數(shù)學(xué)等的分析研究，對沖擊礦壓的危險(xiǎn)程度按評定其等級的綜合指數(shù)法可定量化分為五級7。下面作一簡要說明并提出有關(guān)對策：a無沖擊危險(xiǎn)。沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)綜合指數(shù)Wt<0.25。所有的采礦工作可按作業(yè)規(guī)程進(jìn)行。b弱沖擊危險(xiǎn)。沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)綜合指數(shù)Wt=0.250.5。1） 所有的采礦工作可按作業(yè)規(guī)程進(jìn)行。2） 作業(yè)中加強(qiáng)沖擊

13、礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的觀察。c中等沖擊危險(xiǎn)。沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)綜合指數(shù)Wt=0.50.75。下一步的采礦工作應(yīng)與該危險(xiǎn)狀態(tài)下的沖擊礦壓防治措施一起進(jìn)行，且通過預(yù)測預(yù)報(bào)確定沖擊礦壓危險(xiǎn)程度不再上升。d強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)。沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)綜合指數(shù)Wt=0.750.95。1） 應(yīng)當(dāng)停止采礦作業(yè)，不必要的人員撤離危險(xiǎn)地點(diǎn)。2） 礦主管領(lǐng)導(dǎo)確定控制沖擊礦壓危險(xiǎn)的方法及措施，以及控制措施的檢查方法，確定參加防治措施的人員。e不安全。沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級評定綜合指數(shù)Wt>0.95。應(yīng)根據(jù)專家的意見采取特殊條件下的綜合措施及方法。采取措施后，通過專家鑒定，方可進(jìn)行下一步的作業(yè)。如沖擊礦壓的危險(xiǎn)程度沒有降低，則停止進(jìn)行采礦

14、作業(yè)，該區(qū)域禁止人員通行。3 分析21201工作面沖擊危險(xiǎn)性21201綜放工作面位于礦井二水平21采區(qū)下山西翼，北鄰21181采空區(qū)（里段460米為煤層實(shí)體），南鄰未開采的煤層實(shí)體，西鄰千耿邊界煤柱，東鄰21采區(qū)采區(qū)下山煤柱，該工作面對應(yīng)地表位置為丘陵山地，地形復(fù)雜，沖溝發(fā)育。地面標(biāo)高549.1米611.5米，平均580.3米。工作面標(biāo)高為-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 沖擊礦壓影響因素分析a開采深度千秋礦21201面地面標(biāo)高549.1米611.5米，工作面標(biāo)高為-138.0米，開采深度為720多米。開采深度在20

15、.2米749.2米之間，沖擊礦壓發(fā)生的危險(xiǎn)程度隨著采深的增加會逐漸上升。b沖擊傾向性該煤層煤體干燥，疏松破碎。較脆的煤層容易導(dǎo)致頻繁煤爆的發(fā)生。而且，在一定的圍巖（如堅(jiān)硬頂板的存在）與壓力條件下，有可能發(fā)生沖擊礦壓。同時(shí)，煤層厚度16.9m左右。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，沖擊危險(xiǎn)程度與煤層厚度及其變化緊密相關(guān)。煤層越厚、變化越大，沖擊礦壓發(fā)生得越多，越強(qiáng)烈。c頂板巖層結(jié)構(gòu)特征該面回采為二煤，千秋煤礦2#煤的頂板為20-30 m厚的泥巖,再上為厚達(dá)30-40 m厚的高強(qiáng)度礫巖,容易聚集大量的彈性能,導(dǎo)致沖擊地壓發(fā)生8。d構(gòu)造的影響經(jīng)該工作面上、下巷及切眼揭露證實(shí)，未發(fā)現(xiàn)斷層。但工作面下巷距F16斷層位置較近

16、，可能存在隱伏地質(zhì)構(gòu)造。該工作面西部有一寬緩、不對稱的向斜，向斜樞紐傾伏方向330°傾伏角9°14°，即該向斜樞紐由淺部向深部S30°E延伸，對煤層厚度以及產(chǎn)狀影響較大，會使得該面容易發(fā)生沖擊礦壓。e開采因素的影響本工作面北鄰21181采空區(qū)下巷距F16斷層位置較近，受相臨21181工作面采空區(qū)殘余支承壓力以及一側(cè)大斷層構(gòu)造應(yīng)力的影響，在本工作面頂板和煤體內(nèi)已貯存大量的彈性能，沖擊危險(xiǎn)就很大，這樣的工作面情況很容易導(dǎo)致煤巖體應(yīng)力高度集中，很可能引發(fā)沖擊礦壓9。綜合以上分析，可以認(rèn)為，21201工作面及其順槽存在發(fā)生沖擊礦壓的可能性，沖擊礦壓危險(xiǎn)性較大。其

17、主要原因是堅(jiān)硬頂板、采深、斷層和采空區(qū)影響。3.2 綜合指數(shù)法分析依據(jù)上面的模型，對21201工作面沖擊礦壓危險(xiǎn)性分析也從工作面采礦地質(zhì)條件和工作面開采技術(shù)條件兩方面分析。21201工作面各采礦地質(zhì)因素對沖擊礦壓危險(xiǎn)程度的影響見表1所示。表1 地質(zhì)條件確定沖擊礦壓危險(xiǎn)等級Tab. 1 the level of burst risk based on geological condition序號因素危險(xiǎn)狀態(tài)影響因素影響因素的定義沖擊礦壓危險(xiǎn)指數(shù)1發(fā)生過沖擊礦壓采用同種作業(yè)方式在該層和煤柱中多次發(fā)生過沖擊礦壓32開采深度大于700m23頂板中堅(jiān)硬厚巖層距煤層的距離<50m34開采區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造

18、應(yīng)力集中>10%正常15頂板巖層厚度特征參數(shù)Lst5026煤的抗壓強(qiáng)度Rc16 Mpa07煤的沖擊能量指數(shù)WET2WET < 528Wt1=Wi/Wimax0.68由表4-3可知，通過分析方法，21201工作面沖擊礦壓危險(xiǎn)指數(shù)Wt=0.68，屬于中等沖擊危險(xiǎn)。需要進(jìn)行觀測，同時(shí)進(jìn)行處理。21201工作面開采技術(shù)條件對沖擊礦壓危險(xiǎn)程度的影響，即沖擊礦壓危險(xiǎn)性指數(shù)見表2所示表2 開采技術(shù)條件確定沖擊礦壓危險(xiǎn)等級Tab. 2 the level of burst risk based on Mining technology序號因素沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)影響因素影響因素的定義沖擊礦壓危險(xiǎn)指數(shù)1

19、W1工作面距殘留區(qū)域停采線的垂直距離>60m02W2未卸壓的厚煤層留頂煤或底煤厚度大于1.0m33W3未卸壓一次采全高的煤厚>4.0米34W4單側(cè)采空，采面斜長<150m25W5沿采空區(qū)掘進(jìn)巷道3-15m煤柱26W6采面接近采空區(qū)距離小于50m37W7回采工作面接近分叉的距離小于50m回采面38W8回采工作面接近落差大于3m斷層的距離小于50m接近下盤29W9接近煤層傾角劇烈變化的皺曲距離小于50m010W10接近煤層合層部分回采面211W11卸壓程度中-412W12采空區(qū)處理方式采用垮落法013W1614Wt2=Wi/Wimax0.59由表2可知，按開采技術(shù)條件確定，21201工作面沖擊礦壓危險(xiǎn)指數(shù)為0.59為中等沖擊危險(xiǎn)。因此可以判斷=0.684 結(jié)論根據(jù)對千秋煤礦21201工作面進(jìn)行的綜合指數(shù)分析，得出如下結(jié)論。（1）千秋礦21201工作面有