煤矿井下冲击矿压分区分级预测方法

摘要

一种煤矿井下冲击矿压分区分级预测方法，属于煤矿冲击矿压预测方法。该预测方法综合断层、煤层倾角变化、煤层侵蚀、合层或厚度变化区域、顶底板岩性变化、上保护层开采遗留的煤柱、工作面超前支承压力因素的叠加影响，针对经综合指数法分析具有冲击矿压危险的采区，将不同地段的冲击矿压危险程度定为4个级别，分别为轻微危险区、一般危险区、中等危险区和严重危险区，通过分析多个冲击矿压区域性影响因素的叠加影响作用，确定不同开采地段所具有的不同冲击矿压危险程度，对开采区域进行分区分级预测，可根据分区分级预测结果，指导防冲措施的实施。

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿矿压和预测方法，特别是一种煤矿井下冲击矿压分区分级预测方 法。

背景技术

随着我国矿井开采深度及开采范围的逐渐加大，以冲击矿压为代表的煤岩动力灾害越 来越严重，这种动力灾害将聚积在煤岩体中的弹性能量以突然、急剧、猛烈的形式释放， 造成煤岩体震动破坏，动力将煤岩抛向井巷，发出强烈声响，造成支架与设备、井巷的破 坏和人员的伤亡等，冲击矿压具有突发性的特点，常常难以提前预知其发生的时间和地点。 目前对于冲击矿压的研究主要集中在三个研究方面，一是冲击矿压（岩爆）发生机理的研 究；二是冲击矿压危险评估、监测与预测预报技术的研究；三是冲击矿压治理措施的研究。 其中，冲击矿压发生的机理是预测预报和采取防治措施的基础，而危险评估、监测与预测 预报则是防治灾害发生的关键环节。

虽然在经过综合指数法确定某开采区域宏观整体具有某种等级的冲击矿压危险后，可 以提前制定和采取防治对策，在一定程度上降低冲击矿压危险，但由于开采区域范围通常 都很大，不同的地段具有的冲击矿压危险程度也不一样，冲击矿压发生的地点很难确定， 因此还必须在综合指数法分析的基础上，对大范围的开采区域进行详细的分区预测，并根 据不同分区所受到的一个或多个冲击矿压危险因素的叠加影响，确定不同分区的冲击矿压 危险等级，可以大为提高冲击矿压危险预测的针对性和准确率，使冲击矿压灾害的监测和 治理做到有的放矢。

发明内容

本发明的目的是要提供一种煤矿井下冲击矿压分区分级预测方法，解决煤矿开采区域 范围大，不同的地段具有的冲击矿压危险程度不一样，冲击矿压发生的地点很难确定的问 题。

本发明的目的是这样实现的：该预测方法综合断层、煤层倾角变化、煤层侵蚀、合层 或厚度变化区域、顶底板岩性变化、上保护层开采遗留的煤柱、工作面超前支承压力因素 的叠加影响，针对经综合指数法分析具有冲击矿压危险的采区，将不同地段的冲击矿压危 险程度定为4个级别，分别为轻微危险区、一般危险区、中等危险区和严重危险区，通过 分析多个冲击矿压区域性影响因素的叠加影响作用，确定不同开采地段所具有的不同冲击 矿压危险程度，对开采区域进行分区分级预测，可根据分区分级预测结果，指导防冲措施 的实施；

对于给定的某一评估为具有冲击矿压危险的开采区域，一种分区分级预测的综合指数 法，包含下述步骤：

（1）分析各个区域性影响因素的分布情况，确定各自的影响范围及程度；

（2）确定各个地段的多个因素叠加影响，综合确定不同分段的范围及冲击矿压危险 程度，进行冲击矿压危险程度的分区分级预测；

（3）将分区分级预测结果标定于采掘工程平面图上，并用不同图例或颜色进行标识；

（4）根据分区分级预测结果，采取有针对性的冲击矿压防治措施。

所述的区域性因素影响包括：（1）落差大于3m、小于10m的断层附近；（2）煤层倾 角剧烈变化（大于15°）的褶曲附近；（3）煤层侵蚀、合层或厚度变化部分；（4）顶底 板岩性变化地段；（5）上保护层开采遗留的煤柱下方；（6）落差大于10m的断层或断层 群附近；（7）向采空区推进的工作面在接近采空区时；（8）“刀把”形等不规则工作面或 多个工作面的开切眼及停采线不对齐等区域；（9）巷道交叉区域附近；（10）留设宽度 不合理的沿空巷道煤柱区；（11）工作面超前支承压力区；（12）老顶初次来压位置附近； （13）工作面采空区“见方”区域；（14）留底煤区域；（15）采掘扰动区域；这15个因素 分别具有各自不同的对冲击矿压危险程度的区域性影响规律。

所述的多个因素叠加影响，是多个区域性影响因素对冲击矿压危险性有叠加影响，当 多个“严重”等级叠加或“严重”等级与其它等级影响因素叠加时，该地段或地点最终定为 “严重”等级；当有1个“中等”等级与1个或多个“一般”等级影响因素叠加时，该地段或地点 最终定为“中等”等级；当有2个及以上“中等”等级影响因素叠加时，该地段或地点最终定 为“严重”等级；当有2个及以上“一般”等级影响因素叠加时，该地段或地点最终定为“一般” 或“中等”等级。

所述的采取有针对性的冲击矿压防治措施，对于严重和中等危险区应在工作面回采前 采用预卸压方式提前解危并加强防冲管理，对于一般和轻微危险区，在回采过程中根据监 测结果采取有针对性的防治措施。

有益效果，由于采用了上述方案，通过分析多个冲击矿压影响因素的叠加影响作用， 分析开采区域不同地段的多个冲击矿压因素相互叠加作用，可将大范围的区域详细划分为 小段区域，详细确定不同开采地段所具有的不同冲击矿压危险等级，提出一种矿井、采区、 工作面或巷道冲击矿压分区分级预测方法，并确定各个地段的冲击矿压危险程度，可以使 防冲措施更加具有针对性，提高冲击矿压的监测和防治水平，同时在一定程度上避免大面 积采取防冲措施所带来的高成本，用于指导冲击矿压危险预测、监测和治理工作。解决了 煤矿开采区域范围大，不同的地段具有的冲击矿压危险程度不一样，冲击矿压发生的地点 很难确定的问题，达到了本发明的目的。

优点：本发明将某一大范围区域划分为更加具体明确的小范围区段进行预测的做法， 使得防冲工作比传统做法更加具有针对性和有的放矢，并可节约大量防冲成本，同时在分 区分级预测中，综合考虑了小范围内多个因素的叠加影响，相比以往只考虑一个或几个因 素单独影响的做法，本发明提高了冲击矿压危险预测的科学性和准确性。

附图说明

图1为本发明的工作面冲击矿压分区分级预测结果平面图。

具体实施方式

实施例1：该预测方法综合断层、煤层倾角变化、煤层侵蚀、合层或厚度变化区域、 顶底板岩性变化、上保护层开采遗留的煤柱、工作面超前支承压力因素的叠加影响，针对 经综合指数法分析具有冲击矿压危险的采区，将不同地段的冲击矿压危险程度定为4个级 别，分别为轻微危险区、一般危险区、中等危险区和严重危险区，通过分析多个冲击矿压 区域性影响因素的叠加影响作用，确定不同开采地段所具有的不同冲击矿压危险程度，对 开采区域进行分区分级预测，可根据分区分级预测结果，指导防冲措施的实施；

对于给定的某一评估为具有冲击矿压危险的开采区域，一种分区分级预测的综合指数 法，包含下述步骤：

（1）分析各个区域性影响因素的分布情况，确定各自的影响范围及程度；

（2）确定各个地段的多个因素叠加影响，综合确定不同分段的范围及冲击矿压危险 程度，进行冲击矿压危险程度的分区分级预测；

（3）将分区分级预测结果标定于采掘工程平面图上，并用不同图例和颜色进行标识；

（4）根据分区分级预测结果，采取有针对性的冲击矿压防治措施。

所述的区域性因素影响包括：（1）落差大于3m、小于10m的断层附近；（2）煤层倾 角剧烈变化（大于15°）的褶曲附近；（3）煤层侵蚀、合层或厚度变化部分；（4）顶底 板岩性变化地段；（5）上保护层开采遗留的煤柱下方；（6）落差大于10m的断层或断层 群附近；（7）向采空区推进的工作面在接近采空区时；（8）“刀把”形等不规则工作面或 多个工作面的开切眼及停采线不对齐等区域；（9）巷道交叉区域附近；（10）留设宽度 不合理的沿空巷道煤柱区；（11）工作面超前支承压力区；（12）老顶初次来压位置附近； （13）工作面采空区“见方”区域；（14）留底煤区域；（15）采掘扰动区域；这15个因素 分别具有各自不同的对冲击矿压危险程度的区域性影响规律。

所述的多个因素叠加影响，是多个区域性影响因素对冲击矿压危险性有叠加影响，当 多个“严重”等级叠加或“严重”等级与其它等级影响因素叠加时，该地段或地点最终定为 “严重”等级；当有1个“中等”等级与1个或多个“一般”等级影响因素叠加时，该地段或地点 最终定为“中等”等级；当有2个及以上“中等”等级影响因素叠加时，该地段或地点最终定 为“严重”等级；当有2个及以上“一般”等级影响因素叠加时，该地段或地点最终定为“一般” 或“中等”等级。

所述的采取有针对性的冲击矿压防治措施，对于严重和中等危险区应在工作面回采前 采用预卸压方式提前解危并加强防冲管理，对于一般和轻微危险区，在回采过程中根据监 测结果采取有针对性的防治措施。

1、冲击矿压多发区域的确定

根据相关科学研究和对大量冲击矿压事故的统计分析，结果表明，冲击矿压多发生于 以下因素的影响区域：（1）落差大于3m、小于10m的断层附近；（2）煤层倾角剧烈变化 （大于15°）的褶曲附近；（3）煤层侵蚀、合层或厚度变化部分；（4）顶底板岩性变化 地段；（5）上保护层开采遗留的煤柱下方；（6）落差大于10m的断层或断层群附近；（7） 向采空区推进的工作面在接近采空区时；（8）“刀把”形等不规则工作面或多个工作面的 开切眼及停采线不对齐等区域；（9）巷道交叉区域附近；（10）留设宽度不合理的沿空 巷道煤柱区；（11）工作面超前支承压力区；（12）老顶初次来压位置附近；（13）工作 面采空区“见方”区域；（14）留底煤区域；（15）采掘扰动区域，这些区域的应力集中程 度往往较一般区域的要高，从而导致冲击矿压发生频率和强度高于其它区域。

2、各因素影响冲击矿压危险程度的区域性分布规律

下面对各个因素影响区域的冲击矿压危险程度进行划分。（1）落差大于3m、小于10m 的断层影响规律：前后20m范围为严重危险区，20m～50m范围为中等危险区；（2）煤层 倾角剧烈变化（大于15°）的褶曲影响规律：前后10m范围为中等危险区；（3）煤层侵蚀、 合层或厚度变化部分的影响规律：前后10m范围为严重危险区，前后10m～20m范围为中等 危险区；（4）顶底板岩性变化地段的影响规律：前后50m范围为严重危险区，前后50m～ 100m范围为一般危险区；（5）上保护层开采遗留的煤柱下方的影响规律：煤柱下方及距 离煤柱水平距离30m范围为严重危险区，距离煤柱水平距离30m～60m范围为中等危险区； （6）落差大于10m的断层或断层群附近的影响规律：距离断层30m范围为严重危险区，距 离断层30m～50m范围为中等危险区；（7）向采空区推进的工作面在接近采空区时的影响 规律：接近采空区50m范围内为严重危险区，接近采空区50m～100m范围内为中等危险区， 接近采空区100m～200m范围内为一般危险区；（8）“刀把”形等不规则工作面或多个工作 面的开切眼及停采线不对齐等区域的影响规律：拐角煤柱前后20m范围为严重危险区； （9）巷道交叉区域附近的影响规律：“四角”交叉前后20m范围为严重危险区，“三角”交叉 前后20m范围为中等危险区；（10）沿空巷道煤柱区的影响规律：区段煤柱宽6m＜D＜10m 时为一般危险区，区段煤柱宽10m≤D≤30m时为严重危险区，区段煤柱宽30m＜D≤50m时为 中等危险区；（11）工作面超前支承压力区的影响规律：工作面煤壁超前50m范围为严重 危险区，工作面煤壁超前50m～100范围为中等危险区，工作面煤壁超前100m～150范围为 一般危险区；（12）老顶初次来压位置附近的影响规律：前后20m范围为中等危险区；（13） 工作面采空区“见方”区域的影响规律：单工作面初次“见方”前后50m范围为严重危险区， 多工作面初次“见方”前后50m范围为严重危险区，单或多工作面周期“见方”前后20m范围 为中等危险区；（14）留底煤区域的影响规律：底煤厚度0m＜M≤1m时为一般危险区，底 煤厚度1m＜M≤2m时为中等危险区，底煤厚度大于2m时为严重危险区；（15）采掘扰动 区域为严重危险区。

3、多因素影响程度的叠加

冲击矿压的发生依赖于应力集中程度及能量的积聚与释放特征，上述分析的每个区域 性因素均会对某地段（点）的应力及能量状态造成影响，因此当某地段（点）存在多个影 响因素的共同作用时，其冲击矿压危险性往往会比单个因素的影响程度要高，即冲击矿压 危险性具有多因素叠加影响的特点，因此可定义：当多个“严重”等级叠加或“严重”等级与 其它等级影响因素叠加时，该地段（点）最终定为“严重”等级；当有1个“中等”等级与1个 或多个“一般”等级影响因素叠加时，该地段（点）最终定为“中等”等级；当有2个及以上“中 等”等级影响因素叠加时，该地段（点）最终定为“严重”等级；当有2个及以上“一般”等级 影响因素叠加时，该地段（点）最终定为“一般”或“中等”等级。为便于实际应用，将上述 各因素影响冲击矿压危险程度的区域性分布规律及叠加原则制成表格形式，如表1所示。

4、冲击矿压的分区分级预测

在对冲击矿压进行分区分级预测时，需要多因素叠加法和综合指数法配合使用，即首 先采用综合指数法评估某较大范围区域的冲击矿压危险等级和状态，对于经综合指数法评 估为无冲击矿压危险的采区、工作面或巷道，不需进行分区分级预测；经综合指数法评估 为具有冲击矿压危险的区域，采用多因素叠加法详细预测各较小区域的冲击矿压危险程 度，需要对该区域的冲击矿压影响因素个数、影响范围和叠加后的影响程度进行标定，分 别用不同图例或颜色标识，即实现对冲击矿压的分区分级预测，从而根据确定的不同冲击 矿压危险程度和区域，采取有针对性的防冲措施。

以上为一般性冲击矿压的分区分级预测方法，特殊情况下应根据实际条件经技术、理 论分析或专家论证后确定。

具体的：

对于给定的某一开采区域，首先采用综合指数法评估该区域整体的冲击矿压危险等级 及状态，经评估为A级无冲击矿压危险的开采区域，可正常生产，无需再进行分区分级预 测；经评估为具有冲击矿压危险的区域，实施第二步，即采用多因素叠加法进行详细的分 区分级预测，首先对开采区域的冲击矿压影响因素进行分析，包括每个因素的影响范围及 影响程度，然后根据多因素叠加影响原则，预测各个分段的冲击矿压危险程度，并对冲击 矿压影响因素个数、影响范围和叠加后的影响程度在采掘工程平面图上进行标定，最后根 据确定的不同冲击矿压危险程度和区域，采取有针对性的防冲措施。

下面以某矿经综合指数法确定有C级冲击矿压危险的某工作面为例，采用多因素叠加 法进行分区分级预测。

该工作面赋存条件为，采空区侧沿空运输巷煤柱宽度为6m，且分布有一条落差大于 3m、小于10m的断层，轨道巷具有煤层分叉段和顶底板岩性变化段，其中顶底板岩性变化 段留有厚度为1～2m的底煤，在整个工作面回采过程中将会经历顶板初次来压、单工作面 初次“见方”来压、双工作面初次“见方”来压阶段。

（1）对于运输巷，沿空煤柱宽度为6m，因此将该巷道全部定为一般危险区，对于该 巷道内的落差大于3m、小于10m断层前后20m范围定为严重危险区，20m～50m范围为中等 危险区，并且该巷道将会经历工作面回采过程中顶板初次来压（中等影响）、单工作面初 次“见方”来压（严重）及双工作面初次“见方”来压（严重）的影响，通过对多个因素的叠 加影响分析，可以看出，断层前后20m范围的严重危险区与6m宽煤柱的一般危险区叠加， 叠加结果为严重危险区，断层的20m～50m范围的中等危险区与6m宽煤柱的一般危险区叠 加，结果为中等危险区，最终对运输巷的分区分级预测结果为：3个严重危险区，2个中等 危险区，其余为一般危险区。

（2）对于轨道巷，煤层分叉段前后10m为严重危险区，前后10～20m为中等危险区； 顶板岩性变化段前后50m为严重危险区、前后50～100m为一般危险区；留底煤区域为中等 危险区，该巷也将会经历工作面回采过程中顶板初次来压（中等影响）、单工作面初次“见 方”来压（严重）及双工作面初次“见方”来压（严重）的影响，通过对多个因素的叠加影 响分析，可以看出，顶板岩性变化段前后50m的严重危险区将与留底煤区域的中等危险区 叠加，叠加结果为严重危险区，顶板岩性变化段前后50～100m的一般危险区与煤层分叉 段的中等危险区、双工作面初次“见方”来压的严重危险区相互叠加，叠加段结果分别为中 等和严重危险区，最终对轨道巷的分区分级预测结果为：4个严重危险区，3个中等危险区， 2个一般危险区，其余为轻微危险区。

通过对上述影响因素分析后，最终对该工作面进行分区分级预测的结果如图1所示。 根据分区分级预测结果，对于严重和中等危险区应在工作面回采前采用预卸压方式提前解 危并加强防冲管理，对于一般和轻微危险区，在回采过程中根据监测结果采取有针对性的 防治措施。对于工作面超前支承压力区，由于其一直处于动态变化，应随工作面回采分析 与其它因素的叠加影响，及时采取预卸压和解危措施。

表1多因素叠加法分区分级预测表