主講人：毛德兵煤礦沖擊地壓科技萬里行

——走進淄礦集團

沖擊地壓防治基本概念及其新進展主要內容1.科技萬里行的目的與意義2.掛靠單位介紹3.沖擊地壓防治基本概念4.沖擊地壓研究新進展5.結語1.目的與意義巖石力學專業委員會是中國煤炭學會直屬的25個專業委員會中成立最早的專委會之一，成立時間為1980年,1996年更名為巖石力學與支護專業委員會。掛靠單位：天地科技股份有限公司開采設計研究分院專委會每年舉辦一次全國性學術研討會，自2008年以來，利用國內沖擊地壓知名專家均為專委會委員的條件連續6年開展了巖石力學與支護的難題——沖擊地壓防治專題研討會。受制于基層防沖人員參會困難，專委員利用掛靠單位專業力量開展沖擊地壓防治技術現場培訓，解決專題研討會互動少、基層科技人員少的缺點，促進沖擊地壓防治技術的推廣。2掛靠單位介紹采礦技術研究所專門從事采煤方法、礦山壓力與巖層控制、沖擊地壓防治研究及礦壓監測儀器開發的機構。是由原煤科總院北京開采研究所采煤工藝研究室、礦山壓力與控制研究室、儀器室及巖石力學實驗室組建而成。目前擁有各類人員76人，其中博士9名、碩士31名，研究員5名、高級工程師7名、工程師14名。2掛靠單位介紹煤科院北京開采研究所辦公室采煤室礦壓室機電室支架室1957～1964年北京開采所機構設置煤科院北京開采研究所采煤室回采工作面支護室巷道支護室礦用特種油品室特殊采煤室1985年北京開采所機構設置液壓支架室礦山壓力室計算機應用室儀器儀表室巖石力學與材料試驗室液壓支架試驗室■煤巖物理力學參數測定與煤巖沖擊傾向性鑒定■采煤方法研究與論證

■工作面設備選型與配套、總體設計■采掘工作面沖擊危險性、頂板安全性評價■安全高效開采工藝研究與技術指導■工作面礦壓規律研究與頂板災害防治■沖擊地壓、頂板災害危險區域監測預警■沖擊地壓防治技術研究■礦用儀器、裝備研發與生產■堅硬頂板處理與破碎圍巖加固主要研究領域（1）開發了適合我國不同煤層條件的開采方法和工藝

綜合機械化放頂煤開采已成為我國厚及特厚煤層實現高產高效的主要開采方法；率先提出的大采高綜放開采技術已成為特厚煤層實現單面年產1000萬噸的重要技術途徑；急傾斜薄及中厚煤層走向長壁機械化開采技術與裝備研發填補了國內外空白；正在開展的急傾斜厚煤層大采高綜采將進一步拓展大采高綜采的應用范圍。采礦所近年主要成果（2）以沖擊傾向性測定、沖擊危險性區域劃分、微震與地音及礦壓監測預測、卸壓解危、效果檢驗等技術為基礎，形成了沖擊地壓防治成套技術

根據沖擊地壓發生過程與能量釋放原理提出了沖擊地壓啟動理論和剩余能量理論；在新疆神新、河南義馬、山東新汶、吉林遼源、內蒙古平莊、遼寧撫順及龍煤雙鴨山、七臺河等多個礦區進行了采掘工作面沖擊地壓防治工作，達到了預期效果。

采礦所近年主要成果（3）頂板災害監測系統、頂板災害預警平臺及無線通訊系統的研發為我國煤礦頂板災害的實時監測預警及無線礦山建設提供了條件

頂板災害監測與預警技術被國家局列入2012年“四個一批”，“頂板災害監測系統研發及其應用”項目獲煤炭工業科學技術進步二等獎。采礦所近年主要成果（4）用先進適用技術及管理經驗改造和提升傳統產業，以采煤方法改革為突破點，全面參與我國中小煤礦升級改造進程，創造了彬縣下溝模式、蘆子溝模式、攀枝花模式及鄂爾多斯模式。

采礦所近年主要成果（5）通過代理波蘭微震、地音系統，開發沖擊地壓應力在線監測系統及多參量沖擊地壓過程監測系統，實現了對沖擊地壓的全方位監測。

采礦所近年主要成果采礦所近年獲獎成果采礦所近年獲獎成果

沖擊地壓是井巷或周圍的煤巖體由于變形能釋放,而產生的一種以突然、急劇、猛烈的破壞為特征的動力現象,是礦壓的一種特殊顯現形式。沖擊地壓發生時，經常伴隨巨大的聲響和強烈的震動，并伴有大量煤巖體拋出和沖擊波，是嚴重威脅煤礦安全生產的典型動力災害之一。

沖擊地壓歷史

國外：270年歷史，1738年英國記載第一次；中國：65年歷史，1933年撫順勝利礦第一次。3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓的概念沖擊地壓的特點突發性

沒有明顯的宏觀前兆而突然發生，過程短暫（持續幾秒到幾十秒），難以事先準確確定發生時間、地點和強度。瞬時震動性

過程急劇而短暫，伴有巨大聲響和強烈震動，重型設備被移動，人員被彈起摔倒，震動范圍可達幾千米甚至幾十千米，地面有震感，但震動持續時間一般不超過幾十秒。巨大破壞性

頂板可能瞬間明顯下沉，但一般不冒落；底板可能突然開裂鼓起甚至接頂；常有大量煤塊甚至上百立方米的煤體突然破碎從煤壁拋出，堵塞巷道，破壞支架。造成慘重的人員傷亡和巨大的經濟損失。復雜性

在自然地質條件上，除褐煤以外的各種煤種都記錄到沖擊現象，采深從200~1000m，地質構造從簡單到復雜，煤層從薄特厚，傾角從水平到急斜，頂板包括砂巖、灰巖、油母頁巖等都發生過沖擊地壓。3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓的分類1983年《沖擊地壓煤層安全開采暫行規定》中規定了我國煤礦沖擊地壓分類方法：根據破壞后果一般沖擊地壓破壞性沖擊地壓沖擊地壓事故根據顯現強度等級123456里氏地震級0.5~1.01.1~1.51.6~2.02.1~2.52.6~3.0≥3.03

沖擊地壓防治基本概念沖擊類型多種多樣構造型、重力型和混合型斷層錯動型、頂板斷裂與煤體壓縮型沖擊

發生條件極為復雜硬煤、硬頂，硬煤、非堅硬頂底板（軟煤：煤與瓦斯突出），深部礦井、淺部礦井發展趨勢日益嚴重發生區域、頻度、強度都在增加。3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓顯現特點省份礦井數百分比黑龍江128.45%吉林32.11%遼寧128.45%北京64.23%河北42.82%山東4330.28%山西64.23%河南85.63%安徽32.11%省份礦井數百分比江蘇74.93%江西21.41%重慶21.41%四川42.82%甘肅42.82%新疆21.41%湖南149.86%貴州107.04%總計142100%

3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓礦井分布（1）參與沖擊地壓的煤巖體具有沖擊傾向性（2）力源條件（采深大—自重、構造應力、應力集中）（3）存在誘發煤巖釋放能量的條件（采掘活動、放炮等）。3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓發生基本條件

沖擊地壓防治基本方法（1）改變煤巖體的力學特性（沖擊傾向性）：注水軟化、爆破弱化（2）改變應力條件，降低應力集中程度：開采解放層、爆破卸壓、大直徑鉆孔卸壓、水力壓裂、小煤柱護巷、無煤柱開采等（3）減小采掘活動對圍巖穩定性的影響：降低開采強度、減少巷道擴修（寬巷掘進）、加強支護等3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓防治基本流程煤巖沖擊傾向性測定（新礦井、新水平、新采區）根據煤巖結構及應力分布情況評價擬開采區域沖擊危險性——采掘前沖擊危險性評價設計階段：優化采法，優化巷道布置開采階段：制訂監測、防治措施對危險區域進行監測及預警對預警區域進行解危及解危效果檢驗3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓防治難點特大型構造失穩誘發的沖擊地壓（1）特厚堅硬上覆巖層活動誘發的沖擊：礦井開采后期關閉（2）落差幾十米以上大斷層活化誘發的沖擊：留大煤柱（3）地震誘發的沖擊地壓-----構造區域避免人員停留沖擊地壓發生時間的準確預報分析礦井沖擊地壓發生前后地音監測數據、礦壓數據，可以初步確定提前時間沖擊地壓防治過程中巷道煤體卸壓與支護對卸壓過程中錨桿、錨索受力及巷道變形量進行監測，優化卸壓參數，達到兩者的統一3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓防治受到國家相關部門的高度重視1987年制訂了《沖擊地壓煤層開采暫行規定》、《沖擊的預測預防技術規范》2010年9月頒布《山東省煤礦沖擊地壓防治規定（試行）》2014年

《煤礦安全規程》全面修訂，沖擊地壓內容首次作為單獨一部分進行修訂，內容更豐富3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓防治受到國家相關部門的高度重視2014年7月國家安全監管總局等四部門出臺煤礦生產能力管理辦法和核定標準

《辦法》規定，有下列情形之一的煤礦，應當組織進行生產能力核定：……出現煤與瓦斯突出現象；被鑒定為高瓦斯礦井或沖擊地壓礦井；采深突破1000米等；…?！掇k法》對核增生產能力作出嚴格限制，開采煤與瓦斯突出、沖擊地壓煤層的生產礦井，原則上不再擴大生產能力。國家煤礦安監局辦公室關于開展沖擊地壓礦井產能調研的函(煤安監司函辦〔2014〕21號)為重新核定沖擊地壓礦井的生產能力，核減不具備安全保障能力的產能，在全國范圍內開展沖擊地壓礦井產能調研。4.沖擊地壓研究新進展4.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治4.2

頂板與沖擊地壓監測系統應用4.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治

斷層活化是一個能量的逐漸積累繼而釋放，最終分散的過程。斷層活化導致斷層面上的膠結物被剪斷，斷層由粘結狀態變為開裂狀態，同時伴隨巨大的能量釋放，斷層周圍介質也會做適應性調整運動。對于采掘工作面，斷層的存在使工作面超前支承壓力產生了顯著的不連續。

斷層對工作面超前支承壓力分布的影響4.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治4.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治斷層延展長度對微震事件分布規律的影響4.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治F31F28斷層延展長度對微震事件分布規律的影響F314.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治斷層落差對微震事件的影響F31F284.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治F284.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治傾向斷層對微震事件的影響斷層整體破壞性活化發生在工作面距斷層一定距離處，過了此處，斷層活化減弱。F28F1F24.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治走向斷層兩盤受力較均勻，活化作用不強，如圖中的F1斷層。對于落差較大、上下盤應力差較大的斷層活化容易誘發大能量事件，如F2斷層。走向斷層對微震事件的影響F28F1F24.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治F13F9斷層性質對微震事件的影響加強沖擊地壓礦井斷層構造探測

優化采掘工作面布置

提前誘發、卸壓

加強斷層活化監測與預警

4.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治斷層構造型沖擊地壓防治原則KDZ1114-6B304.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治巷道超前構造探測(MSP)圖1縱波波速CT反演切片圖（單位m/ms）

PASATM便攜式微震監測儀4.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治工作面超前探測9.9事件4.1斷層活化規律及其誘發沖擊的防治微震監測采礦所開發了以KJ21頂板與沖擊地壓監測系統為核心的“頂板災害監測預警系統及預警平臺”。2012年采礦所主持完成的“礦井頂板災害監測系統研究與應用”項目獲中國煤炭工業科技進步二等獎；

2013年3月，我所完成的“基于無線傳感網絡的高可靠性頂板災害監測系統”被專家鑒定為“國際領先水平”。4.2

頂板與沖擊地壓監測系統應用工作面支架阻力監測支架狀態監測巷道離層監測煤巖應力監測錨桿錨索受力監測巷道變形監測視頻監測光纖環網無線通訊系統KJ21系統硬件架構4.2

頂板與沖擊地壓監測系統應用（1）采用高可靠性濺射薄膜壓力傳感器，確保監測數據準確性濺射薄膜壓力傳感器是即在10級超潔凈空間中，利用離子束濺射技術，將絕緣材料、電阻材料、焊接材料以分子形式淀積在彈性不銹鋼膜片上，再經過光刻、調阻，溫度補償等工序，在彈性不銹鋼膜片表面上形成牢固而穩定的惠斯頓電橋。較傳統的人工或機器貼應變片式傳感器，更耐久，更精確。濺射薄膜壓力傳感器工藝流程傳統應變片式壓力傳感器工藝流程4.2

頂板與沖擊地壓監測系統應用系統優勢國內頂板監測采用定時采樣，間隔1-5分鐘，而支架移架全過程約20-120秒，無法準確捕捉移架過程中的關鍵數據，無法對災害前的先兆信息預警。對于動力災害監測，最短數據采集時間達秒級和毫秒級創新設計了“智能型”傳感器采樣模式：壓力每變化0.1MPa（可調）記錄一次數據。（2）首次開發了秒級和毫秒級智能采樣方式，能夠準確監測支架動作全過程。4.2

頂板與沖擊地壓監測系統應用系統優勢（3）系統具有自動上傳緩存數據功能，確保監測數據的連續性傳感器內部擁有緩存，線路故障后，閃存內至少能夠存儲15天的監測數據，當系統恢復后，自動上傳閃存內的監測數據，確保數據的完整、不間斷。4.2

頂板與沖擊地壓監測系統應用系統優勢

秒級、毫秒級智能采樣方式對帶寬及傳輸速度要求較高，電纜傳輸無法滿足，開發了基于光纖傳輸的頂板災害監測系統，保證了系統數據的可靠、穩定傳輸。（4）開發了兼容電纜、光纖及無線傳輸方式的頂板災害監測系統4.2

頂板與沖擊地壓監測系統應用系統優勢無線傳輸方式的頂板災害監測系統4.2

頂板與沖擊地壓監測系統應用4.2

頂板與沖擊地壓監測系統應用KJ21A沖擊地壓多參量過程監測系統KJ21A沖擊地壓多參量過程監測系統監測效果4.2

頂板與沖擊地壓監測系統應用

50年的礦壓理論研究積累+30年的頂板監測實踐經驗+軟件開發=頂板災害監測預警7個回采工作面頂板災害預警指標：支架初撐力、末阻力、安全閥開啟率、來壓步距、不平衡率、不保壓率、地質構造區域。錨桿工作狀態9個預警指標：最大值、上限