平煤十二矿冲击地压危险性研究
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江
西
煤
炭
科
技
2008年第 1 期 NO 1 2008
JI ANGX I COAL SC I ENCE & TECHNOLOGY
平煤十二矿冲击地压危险性研究
肖 珷 , 谢友友 , 董
1 2
涛 , 吴海进
2
2
( 1 平煤十二矿 , 河南 平顶山 467013; 2 中国矿业 大学 , 江苏 徐州 221008) 摘 要 : 根据平煤十二矿发生冲击地压的动力现象 , 运用实验室测试煤样的冲击倾向性及综合指数法对平煤 十二矿的冲击 倾向性进行了分析研究 , 得出其工作面为中等 冲击危险的结论。 关键词 : 冲击地压 ; 冲击倾向性 ; 综合指数法 中图分类号 : TD 324 文献标识码 : A 文章编号 : 1006- 2572( 2008) 01- 0081- 03
作者简介 : 肖 珷 ( 1971- ), 男 , 江西 吉安人 , 1991 年毕业于 中国
W t1 =
n1 ∃ W im ax
i= 1
W t2 =
i= 1
n2 ∃Wi
n2 ∃ W ima x
i= 1
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, 可以对冲击矿压的 危险程 度按冲击 矿压危 险状态 等级评定的综合指数法定量化地划分为五级 (表 3 )。
82
3 综合指数法
3. 1 冲击危险的综合指数法简介 影响冲击地 压的 主要 因素 有地 质因 素 (如 开采 深度、 煤层的物理力学特性、 顶板岩层 的结构特 征、 地质 构造等 ) 与开采技术方面的因素 (如上覆 煤层的 停采线、 残 采区、 采 空区、 煤柱、 老 巷、 开 采区 域的 大小 等 )。根 据这 些冲 击地 压影响因素的分析, 确定采 掘工作 面周围每 个因素 对冲击 矿压的影响程度及对冲击 矿压危 险状态影 响的指 数, 将其 综合起来, 就可以形成冲击 地压危 险状态等 级评定 的综合 指数: W t = max{W t1, W t2 } 综合指数, 以此可以评定冲击矿压危险程度。 W t1 # # # 地质因素对冲 击矿压 的影 响程度 及冲击 矿压 危险状态等级评定的指数。 W t2 # # # 采矿技术因素 对冲击 矿压 的影响 程度及 冲击 矿压危险状态等级评定的指数。 n1 ∃ Wi
岩样 加载状态 序号 1 自然 , 循环加载 2 自然 , 循环加载 3 自然 , 循环加载 4 自然 , 循环加载 5 自然 , 循环加载 6 自然 , 一次加载 7 自然 , 一次加载 8 自然 , 一次加载 9 自然 , 一次加载 10 自然 , 一次加载 11 自然 , 一次加载 12 自然 , 一次加载 13 自然 , 一次加载 14 自然 , 一次加载 15 自然 , 一次加载 平均 ### 4. 27 1. 82 ### ### ### ### W ET 3. 27 4. 25 3. 95 4. 87 5. 02 1. 85 1. 68 1. 73 1. 89 1. 95 ### 450 196 115 320 444 305 ### ### ### KS DT ( m s) 冲击倾向性 中等冲击 中等冲击 中等冲击 中等偏强冲击 强冲击 中等冲击 中等冲击 中等冲击 中等冲击 中等冲击 中等偏强冲击 中等冲击 中等偏弱冲击 中等冲击 中等偏强冲击 中等冲击
Study on H azard of Pressure Bump in No 12 Co lliery of Pingd ingshan M ining Bureau X IAO W u , X I E Youyou , DONG T ao , WU H aijin ( 1. No. 12 Colliery , P ingd ingshan M in ing Bureau, P ingd ingsh an, H enan, 467013; 2. Ch ina U n ivers ity ofM in ing & T echnology, Xu zhou, J iangsu. 221008 ) Abstra ct : On the bas is of dynam ic phenom en on occu rring in N o . 12 Colliery , P ingd ingshan M in ing Bureau, the au thors have mad e an analytic study on th e m i pact tenden cy in N o . 12 Colliery by testing th e m i pact tend en cy of coal sa m p les in lab and us ing the m ethod of aggregative ind ex. K ey words : pressu re bump; m i pact tend en cy ; m ethod of aggregative ind ex 冲击矿压是一种较为典型 的矿山煤 岩动力灾 害现象, 对矿山安全构成很大的威胁, 特别 是随着 煤矿开采 深度的 增加, 冲击矿压问题越来越突出。 平煤集团十二矿自 从 2005年 6 月在进 入三水平 采区 (垂深超过 1000m ) 以来 已经 发生 了冲 击地 压灾害。 为了 进一步确认其冲击地压的灾害 程度, 笔者 对十二矿 三水平 区域工作面的冲击危害性进行了研究。 1280m , 吨煤平 均 涌出 瓦 斯约 29. 1m 。前 探梁 有 后缩 现 象, 运输机机尾压柱被摧断。 2006年 3 月 19日十二矿 己 15 - 31010 机巷 (巷 道埋深 为 890m ~ 1100m 左右 ) 发生一次冲击 型动力现象, 抛出物 由碎煤和岩石碎块呈抛物线堆积 而成, 碎煤 最上部 覆盖着 0. 1~ 0. 5m 厚的岩石碎块, 碎块 粒度不 等, 小的粒 径 10mm 左右, 大的粒径 300mm 左右, 这些碎块松散堆积, 无明显的 分选性。岩石碎块 下面 为碎煤, 堆积 厚度 0. 1 ~ 1. 75m 之 间, 粒径大小 不等, 一般在 10mm 左右, 极个别 的在 100mm 左右, 这些碎煤无明显的分选性。 事故现场 照片及 素描图 如图 1所示。
( 1 )弹性 能指 数 W ET: 是 目前 国内 外较 为流 行的 一种 冲击倾向性 指标。所 谓弹 性能 指数 是指 煤样 在单 轴 压缩 条件下, 破坏前所积蓄的弹性变形能与产生塑性 变形所消 耗的能量之比值。越大, 煤层冲击倾向性越强烈。 ( 2 )冲击能指数 W S: 是指煤样在单 轴压缩条件 下的全 应力应变曲线峰值前 所积蓄的 变形能 FS 与峰 值后所 消耗 的变形能 FX 的比值。 K S 越大, 煤层冲击倾向性越强烈。 ( 3) 动态破坏时间 DT: 是指煤 样从极限 强度到 完全破 坏所经历的瞬态时间。值越小, 则冲击倾向性越强烈。 平煤十二矿己 15 - 31010 采区煤 样实验 室试 验结 果见 表 2。
表 3 分析法确定冲 击矿压危险状态的分级表 危险等级 A B C D E 井巷中危险状态 无冲击危险 弱冲击危险 中等冲击危险 强冲击危险 不安全 危险指 数 < 0. 25 0. 25~ 0 . 50 0. 50~ 0 . 75 0. 75~ 0. 9 > 0. 90
3. 2 己 15- 31010 采区冲击危险评定 根据己 15 - 31010周 围的地 质条件, 可以 确定地 质因 素影响下的 冲击 地压 危险 指数。用 地质 因素 确定 的 冲击 矿压危险等级评定的综合指数见表 4。由此可知 本采区总 体上属于中等冲击危险。
3 3 1 2 2 2
1 概述
2005年 6 月 29 天安公司十二矿在 三水平回风下山发 生一次 冲 击 型 动 力 现 象, 抛 出 煤 量 约 44 t , 涌出 瓦斯约
图 1 冲击地压现 场照片及素描图
81
2 实验室冲击倾向性测试
2. 1 实验煤样 在工作 面 选取 煤 样。 煤样 采 集 后, 立 刻 用 塑料 袋 包
i= 1
4 结论
( 1 )十二矿三水平发生的两次冲 击性动力现象 说明该 采区存在冲击地压危害。
表 4 己 15- 31010 采区地质条件确定的 冲 击矿压危险状态评定指数 序号 1 2 3 4 5 6 因素 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 危险状态影响因素 该煤层中发生过冲击矿压 开采深度 750m 以下 顶板中坚硬 厚岩距煤层的距离 < 50m 开采区域内构造应力集中 顶板岩层厚度特征参数 煤的抗压强度 煤的冲击能量指数 W t l = ∃ W i / ∃ W ima x W1 0 2 3 1 2 0 2 0. 58
( 1)
W t # # # 某采掘工作面 的冲 击矿 压危 险状 态等 级 评定
7 8
( 2 )在实验室对深部 采区煤 样动力倾 向性进 行测定, 测定出煤层的动态破坏时间 DT = 305m s、 弹性能指数 W ET = 4. 27和 冲击能 指数 KS = 1. 82, 从 而对平煤 十二矿 己 15 - 31010采区冲击矿压 危险 程度 进行 等级 划定, 并划 定为 中等冲击危险。 ( 3 )通过运用综合指数法对该采 区的地质方面 的因素 及开采技术方 面的 因素 综合 分析 得出 该采 区的 冲击 倾向 ( 2) 性为中等危险程度。 根据 现场发生灾害 的情况, 综合 冲击倾向性 试验的结 果与综合指数法分析所得 的结论, 可以确定 本采区 总体上 属于中等冲击危险。 参考文献 %1& 窦林名, 何学秋. 冲击地压防治理论与技术 % M& . 徐州: 中国矿业大学出版社, 2001 %2& 赵本均. 冲击地压及 其防治 %M & . 北京: 煤炭工 业出版 社, 1994 %3& 周晓军, 鲜学 福. 煤 矿冲 击地 压理 论与 工程 应用 研究 的进展 % J& . 重庆大学学报 ( 自然科学版 ) %4& 胡殿明, 林柏 泉等 编著. 煤层 瓦斯 赋存 规律 及防 治技 术. 徐州: 中国矿业大学出版社. 2006
表 1 煤的冲 击倾向性判别指标 指标 KS W ET DT 强冲击 !5 . 0 !5 . 0 ∀ 500m s 中等冲击 5 . 0~ 1 . 5 5 . 0~ 1 . 5 50~ 500m s 无冲击 < 1. 5 < 2. 0 > 500 表 2 平煤十二矿己 15- 31010采 区煤样实验室试验结果
矿业大学 , 现为平顶山煤业集团十二矿副总工程师。 收稿日期 : 2007- 10- 17 编辑 : 郭正义
83
装, 用封口胶带密封, 用木 箱运至 中国矿业 大学, 在 实验室 加工成 示。 50 100mm 的标准试 件, 试件破 坏前后 如图 2所
图 2 部分煤样 试验前后照片
2. 2 试验系统 在中国矿业 大学 力 学实 验室 进行 试 验。加载 装 置采 用由美 国 进 口 的 高 精 度 能 控 制 加载 速 度 及 调 节 油 压 的
M TS 电液伺服岩 石力 学试验 系统 主机、 附件、 计算 机 系统 和相关的数字控制力学系统 (图 3 )。在实验室可以测定煤 样的单轴抗压强度和煤的冲击倾向性。
图Baidu Nhomakorabea3 实验 系统照片
国内外常用的冲击倾向性指标有弹性能指数 WE T和冲 击能指数 K S 及动态破坏时间 D T 等 (表 1 )。
西
煤
炭
科
技
2008年第 1 期 NO 1 2008
JI ANGX I COAL SC I ENCE & TECHNOLOGY
平煤十二矿冲击地压危险性研究
肖 珷 , 谢友友 , 董
1 2
涛 , 吴海进
2
2
( 1 平煤十二矿 , 河南 平顶山 467013; 2 中国矿业 大学 , 江苏 徐州 221008) 摘 要 : 根据平煤十二矿发生冲击地压的动力现象 , 运用实验室测试煤样的冲击倾向性及综合指数法对平煤 十二矿的冲击 倾向性进行了分析研究 , 得出其工作面为中等 冲击危险的结论。 关键词 : 冲击地压 ; 冲击倾向性 ; 综合指数法 中图分类号 : TD 324 文献标识码 : A 文章编号 : 1006- 2572( 2008) 01- 0081- 03
作者简介 : 肖 珷 ( 1971- ), 男 , 江西 吉安人 , 1991 年毕业于 中国
W t1 =
n1 ∃ W im ax
i= 1
W t2 =
i= 1
n2 ∃Wi
n2 ∃ W ima x
i= 1
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, 可以对冲击矿压的 危险程 度按冲击 矿压危 险状态 等级评定的综合指数法定量化地划分为五级 (表 3 )。
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3 综合指数法
3. 1 冲击危险的综合指数法简介 影响冲击地 压的 主要 因素 有地 质因 素 (如 开采 深度、 煤层的物理力学特性、 顶板岩层 的结构特 征、 地质 构造等 ) 与开采技术方面的因素 (如上覆 煤层的 停采线、 残 采区、 采 空区、 煤柱、 老 巷、 开 采区 域的 大小 等 )。根 据这 些冲 击地 压影响因素的分析, 确定采 掘工作 面周围每 个因素 对冲击 矿压的影响程度及对冲击 矿压危 险状态影 响的指 数, 将其 综合起来, 就可以形成冲击 地压危 险状态等 级评定 的综合 指数: W t = max{W t1, W t2 } 综合指数, 以此可以评定冲击矿压危险程度。 W t1 # # # 地质因素对冲 击矿压 的影 响程度 及冲击 矿压 危险状态等级评定的指数。 W t2 # # # 采矿技术因素 对冲击 矿压 的影响 程度及 冲击 矿压危险状态等级评定的指数。 n1 ∃ Wi
岩样 加载状态 序号 1 自然 , 循环加载 2 自然 , 循环加载 3 自然 , 循环加载 4 自然 , 循环加载 5 自然 , 循环加载 6 自然 , 一次加载 7 自然 , 一次加载 8 自然 , 一次加载 9 自然 , 一次加载 10 自然 , 一次加载 11 自然 , 一次加载 12 自然 , 一次加载 13 自然 , 一次加载 14 自然 , 一次加载 15 自然 , 一次加载 平均 ### 4. 27 1. 82 ### ### ### ### W ET 3. 27 4. 25 3. 95 4. 87 5. 02 1. 85 1. 68 1. 73 1. 89 1. 95 ### 450 196 115 320 444 305 ### ### ### KS DT ( m s) 冲击倾向性 中等冲击 中等冲击 中等冲击 中等偏强冲击 强冲击 中等冲击 中等冲击 中等冲击 中等冲击 中等冲击 中等偏强冲击 中等冲击 中等偏弱冲击 中等冲击 中等偏强冲击 中等冲击
Study on H azard of Pressure Bump in No 12 Co lliery of Pingd ingshan M ining Bureau X IAO W u , X I E Youyou , DONG T ao , WU H aijin ( 1. No. 12 Colliery , P ingd ingshan M in ing Bureau, P ingd ingsh an, H enan, 467013; 2. Ch ina U n ivers ity ofM in ing & T echnology, Xu zhou, J iangsu. 221008 ) Abstra ct : On the bas is of dynam ic phenom en on occu rring in N o . 12 Colliery , P ingd ingshan M in ing Bureau, the au thors have mad e an analytic study on th e m i pact tenden cy in N o . 12 Colliery by testing th e m i pact tend en cy of coal sa m p les in lab and us ing the m ethod of aggregative ind ex. K ey words : pressu re bump; m i pact tend en cy ; m ethod of aggregative ind ex 冲击矿压是一种较为典型 的矿山煤 岩动力灾 害现象, 对矿山安全构成很大的威胁, 特别 是随着 煤矿开采 深度的 增加, 冲击矿压问题越来越突出。 平煤集团十二矿自 从 2005年 6 月在进 入三水平 采区 (垂深超过 1000m ) 以来 已经 发生 了冲 击地 压灾害。 为了 进一步确认其冲击地压的灾害 程度, 笔者 对十二矿 三水平 区域工作面的冲击危害性进行了研究。 1280m , 吨煤平 均 涌出 瓦 斯约 29. 1m 。前 探梁 有 后缩 现 象, 运输机机尾压柱被摧断。 2006年 3 月 19日十二矿 己 15 - 31010 机巷 (巷 道埋深 为 890m ~ 1100m 左右 ) 发生一次冲击 型动力现象, 抛出物 由碎煤和岩石碎块呈抛物线堆积 而成, 碎煤 最上部 覆盖着 0. 1~ 0. 5m 厚的岩石碎块, 碎块 粒度不 等, 小的粒 径 10mm 左右, 大的粒径 300mm 左右, 这些碎块松散堆积, 无明显的 分选性。岩石碎块 下面 为碎煤, 堆积 厚度 0. 1 ~ 1. 75m 之 间, 粒径大小 不等, 一般在 10mm 左右, 极个别 的在 100mm 左右, 这些碎煤无明显的分选性。 事故现场 照片及 素描图 如图 1所示。
( 1 )弹性 能指 数 W ET: 是 目前 国内 外较 为流 行的 一种 冲击倾向性 指标。所 谓弹 性能 指数 是指 煤样 在单 轴 压缩 条件下, 破坏前所积蓄的弹性变形能与产生塑性 变形所消 耗的能量之比值。越大, 煤层冲击倾向性越强烈。 ( 2 )冲击能指数 W S: 是指煤样在单 轴压缩条件 下的全 应力应变曲线峰值前 所积蓄的 变形能 FS 与峰 值后所 消耗 的变形能 FX 的比值。 K S 越大, 煤层冲击倾向性越强烈。 ( 3) 动态破坏时间 DT: 是指煤 样从极限 强度到 完全破 坏所经历的瞬态时间。值越小, 则冲击倾向性越强烈。 平煤十二矿己 15 - 31010 采区煤 样实验 室试 验结 果见 表 2。
表 3 分析法确定冲 击矿压危险状态的分级表 危险等级 A B C D E 井巷中危险状态 无冲击危险 弱冲击危险 中等冲击危险 强冲击危险 不安全 危险指 数 < 0. 25 0. 25~ 0 . 50 0. 50~ 0 . 75 0. 75~ 0. 9 > 0. 90
3. 2 己 15- 31010 采区冲击危险评定 根据己 15 - 31010周 围的地 质条件, 可以 确定地 质因 素影响下的 冲击 地压 危险 指数。用 地质 因素 确定 的 冲击 矿压危险等级评定的综合指数见表 4。由此可知 本采区总 体上属于中等冲击危险。
3 3 1 2 2 2
1 概述
2005年 6 月 29 天安公司十二矿在 三水平回风下山发 生一次 冲 击 型 动 力 现 象, 抛 出 煤 量 约 44 t , 涌出 瓦斯约
图 1 冲击地压现 场照片及素描图
81
2 实验室冲击倾向性测试
2. 1 实验煤样 在工作 面 选取 煤 样。 煤样 采 集 后, 立 刻 用 塑料 袋 包
i= 1
4 结论
( 1 )十二矿三水平发生的两次冲 击性动力现象 说明该 采区存在冲击地压危害。
表 4 己 15- 31010 采区地质条件确定的 冲 击矿压危险状态评定指数 序号 1 2 3 4 5 6 因素 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 危险状态影响因素 该煤层中发生过冲击矿压 开采深度 750m 以下 顶板中坚硬 厚岩距煤层的距离 < 50m 开采区域内构造应力集中 顶板岩层厚度特征参数 煤的抗压强度 煤的冲击能量指数 W t l = ∃ W i / ∃ W ima x W1 0 2 3 1 2 0 2 0. 58
( 1)
W t # # # 某采掘工作面 的冲 击矿 压危 险状 态等 级 评定
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( 2 )在实验室对深部 采区煤 样动力倾 向性进 行测定, 测定出煤层的动态破坏时间 DT = 305m s、 弹性能指数 W ET = 4. 27和 冲击能 指数 KS = 1. 82, 从 而对平煤 十二矿 己 15 - 31010采区冲击矿压 危险 程度 进行 等级 划定, 并划 定为 中等冲击危险。 ( 3 )通过运用综合指数法对该采 区的地质方面 的因素 及开采技术方 面的 因素 综合 分析 得出 该采 区的 冲击 倾向 ( 2) 性为中等危险程度。 根据 现场发生灾害 的情况, 综合 冲击倾向性 试验的结 果与综合指数法分析所得 的结论, 可以确定 本采区 总体上 属于中等冲击危险。 参考文献 %1& 窦林名, 何学秋. 冲击地压防治理论与技术 % M& . 徐州: 中国矿业大学出版社, 2001 %2& 赵本均. 冲击地压及 其防治 %M & . 北京: 煤炭工 业出版 社, 1994 %3& 周晓军, 鲜学 福. 煤 矿冲 击地 压理 论与 工程 应用 研究 的进展 % J& . 重庆大学学报 ( 自然科学版 ) %4& 胡殿明, 林柏 泉等 编著. 煤层 瓦斯 赋存 规律 及防 治技 术. 徐州: 中国矿业大学出版社. 2006
表 1 煤的冲 击倾向性判别指标 指标 KS W ET DT 强冲击 !5 . 0 !5 . 0 ∀ 500m s 中等冲击 5 . 0~ 1 . 5 5 . 0~ 1 . 5 50~ 500m s 无冲击 < 1. 5 < 2. 0 > 500 表 2 平煤十二矿己 15- 31010采 区煤样实验室试验结果
矿业大学 , 现为平顶山煤业集团十二矿副总工程师。 收稿日期 : 2007- 10- 17 编辑 : 郭正义
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装, 用封口胶带密封, 用木 箱运至 中国矿业 大学, 在 实验室 加工成 示。 50 100mm 的标准试 件, 试件破 坏前后 如图 2所
图 2 部分煤样 试验前后照片
2. 2 试验系统 在中国矿业 大学 力 学实 验室 进行 试 验。加载 装 置采 用由美 国 进 口 的 高 精 度 能 控 制 加载 速 度 及 调 节 油 压 的
M TS 电液伺服岩 石力 学试验 系统 主机、 附件、 计算 机 系统 和相关的数字控制力学系统 (图 3 )。在实验室可以测定煤 样的单轴抗压强度和煤的冲击倾向性。
图Baidu Nhomakorabea3 实验 系统照片
国内外常用的冲击倾向性指标有弹性能指数 WE T和冲 击能指数 K S 及动态破坏时间 D T 等 (表 1 )。