頂板災(zāi)害預警及防治技術(shù)

主要內(nèi)容頂板災(zāi)害嚴峻形勢頂板災(zāi)害主要誘因分析頂板災(zāi)害防治思路頂板災(zāi)害防治途徑頂板災(zāi)害監(jiān)測預警裝備

應(yīng)用情況一點認識第一頁，共41頁。第一頁，共41頁。一、頂板災(zāi)害嚴峻形勢我國煤礦頂板事故總起數(shù)和總死亡人數(shù)一直處于各類事故之首?！笆晃濉逼陂g，頂板事故發(fā)生起數(shù)和死亡人數(shù)分別占事故總起數(shù)和死亡總?cè)藬?shù)的52.9%和38.1%；第二頁，共41頁。第二頁，共41頁。

“十一五”期間全國煤礦事故按類別統(tǒng)計表事故類別2006年2007年2008年2009年2010年事故起數(shù)死亡人數(shù)事故起數(shù)死亡人數(shù)事故起數(shù)死亡人數(shù)事故起數(shù)死亡人數(shù)事故起數(shù)死亡人數(shù)頂板163319021299151810321222805939702829瓦斯32713192721084182778157755145623機電9493908610610997977178運輸467517409453348400285319246281放炮78906977395545753437水害10041763255592634716638224火災(zāi)72610721111143112168其它239382209241177277176249155193合計2945474624213786195432151616263114032433第三頁，共41頁。第三頁，共41頁。事故類別事故起數(shù)死亡人數(shù)頂板567665瓦斯119533機電5757運輸239279放炮3235水害44192火災(zāi)434其它139178合計120119732011年全國煤礦事故統(tǒng)計表2011年各類事故起數(shù)所占比例2011年各類事故死亡人數(shù)所占比例第四頁，共41頁。第四頁，共41頁。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年較大頂板事故按發(fā)生地點統(tǒng)計第五頁，共41頁。第五頁，共41頁。序號礦名、工作面名稱支架工作阻力/kN壓架情況1華能扎賚諾爾鐵北礦、靈泉礦8000多次壓架2神東集團榆家梁礦10600多次壓架3同煤塔山礦8102、8103綜放面13000頻繁壓架4伊泰納林廟一號井/酸刺溝礦6800/15000多次壓架5新汶龍固煤礦1301綜放面11000多次壓架6皖北煤電祁東煤礦6130，7130工作面，采高2.6m。4400多次頻繁壓架近年來發(fā)生的壓架事故第六頁，共41頁。第六頁，共41頁。傳統(tǒng)觀念認為頂板事故主要發(fā)生在支護不合格的地方中小煤，近年來，隨著煤礦開采裝備水平的提高，支架支護阻力顯著提高，部分煤礦支架工作阻力超過15000KN，國有大型煤礦依然頻繁發(fā)生壓架事故。實踐證明，頂板事故的發(fā)生呈現(xiàn)新特點，不僅要開展科學系統(tǒng)的礦壓理論研究，更要加強監(jiān)測與管理。頂板事故形勢嚴峻，呈現(xiàn)新特點第七頁，共41頁。第七頁，共41頁。

支架低頭壓死狀態(tài)支架前端臺階下沉冒頂情況巷道冒頂沖擊地壓支架立柱穿入頂梁第八頁，共41頁。第八頁，共41頁。2頂板災(zāi)害主要誘因分析煤層開采條件（埋深、煤層厚度、傾角、構(gòu)造、煤巖體強度）

采煤方法（房柱式、炮采、普采、綜采，大采高綜采、綜放開采、分層開采）裝備水平（采掘面機械化程度、支護方式及強度）采掘工作面布置（應(yīng)力集中）操作、管理水平第九頁，共41頁。第九頁，共41頁。1981～2004年國有重點煤礦采煤機械化程度與百萬噸死亡率間關(guān)系（摘自《中國工程院咨詢項目“煤礦災(zāi)害防治的技術(shù)與對策”》）

第十頁，共41頁。第十頁，共41頁。三、頂板災(zāi)害防治總體思路了解對象優(yōu)化設(shè)計監(jiān)測預警及時治理

第十一頁，共41頁。第十一頁，共41頁。四、頂板災(zāi)害防治主要途徑（1）了解頂板控制對象，評價頂板危險性

基礎(chǔ)參數(shù)：了解開采條件、進行煤巖體物理力學性質(zhì)測試、地應(yīng)力測量及沖擊傾向性鑒定；

精細地質(zhì)勘探：采掘面構(gòu)造超前探測，預測礦壓顯現(xiàn)強度，評價頂板災(zāi)害發(fā)生危險性（采掘過程中發(fā)生片幫、冒頂、切頂、壓架、沖擊地壓等）。第十二頁，共41頁。第十二頁，共41頁。巷道超前構(gòu)造探測(MSP)KDZ1114-6B30第十三頁，共41頁。第十三頁，共41頁。MPTMPTMPTMWP回采面超前探測裝備PASATM便攜式微震監(jiān)測儀第十四頁，共41頁。第十四頁，共41頁?；夭擅娉疤綔y結(jié)果圖1縱波波速CT反演切片圖（單位m/ms）

第十五頁，共41頁。第十五頁，共41頁。四頂板災(zāi)害防治主要途徑（2）優(yōu)化設(shè)計，防范頂板災(zāi)害優(yōu)化采區(qū)布置與采掘接替，避免形成大的應(yīng)力集中與動壓疊加；選擇合理支護方式及支護強度；針對頂板危險性評價結(jié)果，對危險區(qū)域制訂頂板災(zāi)害監(jiān)測方案和防治預案。第十六頁，共41頁。第十六頁，共41頁。四、頂板災(zāi)害防治主要途徑（3）對頂板災(zāi)害危險區(qū)域?qū)崟r監(jiān)測與預警采用最新開發(fā)的KJ21頂板災(zāi)害監(jiān)測預警系統(tǒng)對危險區(qū)域進行在線實時監(jiān)測。建立“頂板災(zāi)害監(jiān)測預警平臺”，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心和展示平臺，消除信息壁壘和信息孤島，實現(xiàn)頂板災(zāi)害監(jiān)測信息的互聯(lián)、互享、互動。第十七頁，共41頁。第十七頁，共41頁。四、頂板災(zāi)害防治主要途徑（4）及時對頂板災(zāi)害進行解危檢修支架供液系統(tǒng)、提高初撐力、提高支護效率；加強推進速度、降低礦壓顯現(xiàn)強度；及時、擦頂移架，改善回采工藝等；堅硬頂板處理、破碎頂板加固、個體防護（如沖擊地壓、大傾角-急傾斜工作面防飛石傷人）、卸壓解危（大面積頂板來壓、沖擊地壓）、加強巷道支護。第十八頁，共41頁。第十八頁，共41頁。堅硬頂板弱化處理第十九頁，共41頁。第十九頁，共41頁。支架工作阻力曲線心電圖曲線工作面推進速度初撐力合格率來壓步距及強度立柱竄液或損壞安全閥開啟率支架支撐效率。。。。。。加強監(jiān)測預警是頂板災(zāi)害防治的重中之重。第二十頁，共41頁。第二十頁，共41頁。五頂板災(zāi)害監(jiān)測預警裝備與技術(shù)普通礦壓監(jiān)測系統(tǒng)微震監(jiān)測系統(tǒng)地音監(jiān)測系統(tǒng)KJ21頂板與沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)及預警平臺第二十一頁，共41頁。第二十一頁，共41頁。國內(nèi)普通礦壓監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題

礦井頂板災(zāi)害的發(fā)生具有瞬間性，目前國內(nèi)礦壓監(jiān)測系統(tǒng)循檢時間一般為5～30min，無法全部捕捉到準確的災(zāi)害先兆信息，不是嚴格意義上的頂板災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)。第二十二頁，共41頁。第二十二頁，共41頁。

采礦所開發(fā)了以KJ21頂板與沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)為核心的“頂板災(zāi)害監(jiān)測預警系統(tǒng)及預警平臺”。

2012年采礦所主持完成的“礦井頂板災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用”項目獲中國煤炭工業(yè)科技進步二等獎；

2013年3月，我所完成的“基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的高可靠性頂板災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)”被專家鑒定為“國際領(lǐng)先水平”。KJ21頂板與沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)簡介第二十三頁，共41頁。第二十三頁，共41頁。工作面支架阻力監(jiān)測支架狀態(tài)監(jiān)測巷道離層監(jiān)測煤巖應(yīng)力監(jiān)測巷道錨桿錨索受力監(jiān)測巷道變形監(jiān)測視頻監(jiān)測光纖環(huán)網(wǎng)無線通訊系統(tǒng)KJ21系統(tǒng)硬件架構(gòu)第二十四頁，共41頁。第二十四頁，共41頁。特色一：首創(chuàng)智能型壓力數(shù)據(jù)采集模式，最短采集間隔達秒級。第二十五頁，共41頁。第二十五頁，共41頁。初撐力點移架時長58s記錄點兩種采樣模式實施效果對比曲線定時采集曲線智能采集曲線2012年3月20日監(jiān)測數(shù)據(jù)第二十六頁，共41頁。第二十六頁，共41頁。特色二：提出回采面頂板災(zāi)害預警指標及智能分析算法初撐力合格率，來壓步距，安全閥開啟率、不保壓率。第二十七頁，共41頁。第二十七頁，共41頁。危險區(qū)域監(jiān)測斷面圍巖穩(wěn)定性評價結(jié)果離層特色三：提出巷道頂板災(zāi)害預警指標圍巖變形量及變形速度，離層量及離層速度，錨桿及錨索受力增長速度。第二十八頁，共41頁。第二十八頁，共41頁。特色四：建立了頂板災(zāi)害監(jiān)測預警平臺以“智能化采集模式”及“礦壓數(shù)據(jù)智能分析模型”為基礎(chǔ)，將礦壓理論與實踐研究成果與信息技術(shù)相結(jié)合，提出頂板災(zāi)害監(jiān)測預警指標、預警閥值及預警準則，實現(xiàn)頂板災(zāi)害的智能化監(jiān)測和預警。該項創(chuàng)新技術(shù)2012年被國家局確定為“四個一批”推廣項目（安監(jiān)總科技［2012］119號文件。已在鄂爾多斯礦區(qū)、皖北煤電集團、中煤集團等礦區(qū)成功應(yīng)用。第二十九頁，共41頁。第二十九頁，共41頁。礦監(jiān)測主機集團服務(wù)器平臺物理架構(gòu)井下系統(tǒng)展示平臺第三十頁，共41頁。第三十頁，共41頁。平臺邏輯結(jié)構(gòu)第三十一頁，共41頁。第三十一頁，共41頁。第三十二頁，共41頁。第三十二頁，共41頁。第三十三頁，共41頁。第三十三頁，共41頁。第三十四頁，共41頁。第三十四頁，共41頁。第三十五頁，共41頁。第三十五頁，共41頁。六、監(jiān)測預警系統(tǒng)應(yīng)用實例酸刺溝礦千萬噸綜放工作面頻繁壓架酸刺溝：6上105-2綜放工作面開采初期，發(fā)生過多次大面積壓架事故，工作面無法正常生產(chǎn)。采用該系統(tǒng)加強觀測和預警后，工作面實現(xiàn)了正常生產(chǎn)。第三十六頁，共41頁。第三十六頁，共41頁。酸刺溝煤礦：支架支護強度低，安全閥長期開啟第三十七頁，共41頁。第三十七頁，共41頁。華能扎賚諾爾礦綜放工作面無法達產(chǎn)鐵北礦：在鐵北礦在沒有采用該系統(tǒng)時，右三片工作面最高月產(chǎn)量只有21萬t，工作面時常發(fā)生壓架頂板事故，在采用該系統(tǒng)后，實現(xiàn)了工作面頂板災(zāi)害的及時預警，有效的保證了工作面的正常生產(chǎn)，工作面平均月產(chǎn)達31.2萬t。第三十八頁，共41頁。第三十八頁，共41頁。鐵北礦：支架初撐力低，液壓系統(tǒng)不保壓第三十九頁，共41頁。第三十九頁，共41頁。六、應(yīng)用情況

KJ21頂板災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)已累計已銷售近150套，市場范圍覆蓋了神華集團、晉城煤業(yè)集團、山西焦煤集團、同煤集團、中煤能源集團、開灤集團、伊泰集團等國內(nèi)大型煤炭集團下屬煤礦和