科研信息网
煤矿冲击地压预测与防治成套技术
作者:丁飞  时间:2017-05-22
主要完成人:潘一山 郎庆田 齐庆新 姜福兴 孙庆国 张 明 潘俊锋
刘福祥 阚 兴 李忠华等
 
该项成果由辽宁工程技术大学与新汶矿业集团有限责任公司 煤炭科学研究总院 北京科技大学等煤炭系统科研生产单位合作完成,获2009年中国煤炭工业科学技术一等奖、2009年山东省科学技术奖一等奖、2010年国家科技进步二等奖。
项目组集中优势力量,组建产、学、研联盟,进行了10多年的协同攻关。通过对冲击地压释放能量主体的研究,提出了冲击地压分类方法;通过对冲击地压发生前兆信息识别方法的研究,研发了冲击地压预测技术;通过对冲击地压发生本质因素的研究,研发了冲击地压防治技术;通过现场工业性试验,与现有预防技术集成、优化,最终形成了冲击地压预测与防治成套技术。
揭示了冲击地压发生机理,提出了判别准则,有效地指导了预防技术的研发和实践。揭示了基于煤岩体变形破坏发生发展和能量释放的冲击地压发生机理,提出了冲击地压发生的扰动响应判别准则,得到了巷道、采煤工作面、煤柱、断层等典型煤岩体发生冲击地压的临界岩体应力公式,揭示出冲击地压发生的内因是煤具有冲击倾向性,外因是岩体应力达到临界应力。
创新研制了电荷监测系统、微震监测系统及采动应力监测系统,制定了相关国家和行业标准,形成了冲击地压预测成套技术。首次提出冲击地压电荷监测方法,成功研制了便携式电荷监测仪与在线式电荷监测系统,实现了全矿井冲击地压自动化监测、网络化管理。自主研发了进行区域预测的地面微震监测系统和进行局部预测的井下微震监测系统,开发了微震定位软件和网络预警系统,实现了冲击地压快速定位和预报。自主研制了一孔多点测量的钻孔应力计和采动应力监测系统,通过进行井下采场岩体应力场变化的实时、连续监测,解决了冲击地压危险区域划分问题。
研发了削弱煤岩体冲击倾向性技术和降低岩体应力技术,分别对三种类型冲击地压进行针对性防治,形成了冲击地压防治成套技术。创新研发了“深孔爆破断顶、断底技术”,可以使煤体内应力降低32%,有效地控制了顶板断裂型冲击地压的发生。创新研发了“大直径强排粉钻孔技术”,可以使冲击指数削弱到1.5以下,煤体应力降低25%,有效地控制了煤体压缩型冲击地压的发生。
创新技术与现有技术优化融合,从冲击地压发生时间、空间、类型和因素,形成了时间与空间互补、类型与因素交叉的四套预测技术、四套防治技术。针对试验矿井条件和有冲击倾向煤层安全开采的要求,研究并提出了冲击地压预测与防治方案,优化了工艺参数,创新了工艺流程。
煤矿冲击地压预测与防治成套技术先后在阜新、新汶、北京、甘肃、重庆、通化等11个省40余个矿井成功应用,在有冲击倾向煤层采出原煤吨煤成本降低了5%,新增产值124亿元,新增利税40余亿元。本项目研究成果极大地推动了煤炭行业科技进步,为煤矿安全高效生产提供了技术保障,避免或大幅度降低了冲击地压造成的人员伤亡和财产损失,取得了显著的经济效益和社会效益。