專利名稱：一種預(yù)測煤礦井下沖擊礦壓危險的評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)測沖擊礦壓危險的評估方法，特別是一種預(yù)測煤礦井下沖擊礦壓危險的評估方法。
背景技術(shù)：
隨著我國礦井開采深度及開采范圍的逐漸加大，以沖擊礦壓為代表的煤巖動力災(zāi)害越來越嚴(yán)重，這種動力災(zāi)害將聚積在煤巖體中的彈性能量以突然、急劇、猛烈的形式釋放，造成煤巖體震動破壞，動力將煤巖拋向井巷，發(fā)出強烈聲響，造成支架與設(shè)備、井巷的破壞和人員的傷亡等，沖擊礦壓具有突發(fā)性的特點，常常難以提前預(yù)知其發(fā)生的時間和地點。目前對于沖擊礦壓的研究主要集中在三個研究方面，一是沖擊礦壓(巖爆)發(fā)生機(jī)理的研究；二是沖擊礦壓危險評估、監(jiān)測與預(yù)測預(yù)報技術(shù)的研究；三是沖擊礦壓治理措施的研究。其中，沖擊礦壓發(fā)生的機(jī)理是預(yù)測預(yù)報和采取防治措施的基礎(chǔ)，而危險評估、監(jiān)測與預(yù)測預(yù)報則是防治災(zāi)害發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，對于某一開采區(qū)域是否需要采取或需要何種監(jiān)測預(yù)測預(yù)報和防治措施，則需要提前評估該區(qū)域是否具有發(fā)生沖擊礦壓的危險或具有何種沖擊礦壓危險等級，但沖擊礦壓發(fā)生的原因復(fù)雜，影響因素眾多且每種因素對沖擊礦壓危險的影響程度不同，單純分析某一個或某幾個因素往往會造成以偏蓋全或漏掉主要因素的后果，或?qū)δ骋灰蛩氐挠绊懗潭劝盐詹粶?zhǔn)，從而導(dǎo)致分析結(jié)果的不準(zhǔn)確，只有通過分析和篩選沖擊礦壓危險的主要影響因素，并確定這些因素的合理影響權(quán)重，然后將其綜合起來進(jìn)行分析，才能提高沖擊礦壓危險的預(yù)測準(zhǔn)確率，再根據(jù)不同的沖擊礦壓危險水平等級制定有針對性的防治對策，從而達(dá)到有效指導(dǎo)沖擊礦壓災(zāi)害監(jiān)測和治理的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要提供一種預(yù)測煤礦井下沖擊礦壓危險的評估方法，解決沖擊礦壓發(fā)生原因復(fù)雜，影響因素眾多且每種因素對沖擊礦壓危險的影響程度不同，導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:該方法將沖擊礦壓危險程度劃分為A級無沖擊礦壓危險、B級弱沖擊礦壓危險、C級中等沖擊礦壓危險和D級強沖擊礦壓危險4個等級和狀態(tài)，并根據(jù)不同沖擊礦壓危險等級和狀態(tài)制定相應(yīng)的防治對策；通過綜合指數(shù)法分析評估開采區(qū)域的地質(zhì)類和采礦類因素對沖擊礦壓發(fā)生影響的權(quán)重，分別計算得出兩者的危險指數(shù)，并取其中的最大值作為最終的沖擊礦壓危險綜合指數(shù)，依此確定開采區(qū)域的沖擊礦壓危險等級、狀態(tài)和防治對策；對于給定的某一開采區(qū)域，一種沖擊礦壓危險評估的綜合指數(shù)法，包含下述步驟:(I)分析地質(zhì)類影響因素，確定各自對應(yīng)的影響權(quán)重，計算地質(zhì)類因素影響的沖擊礦壓危險指數(shù)Wtl ；
(2)分析采礦類影響因素，確定各自對應(yīng)的影響權(quán)重，計算采礦類因素影響的沖擊礦壓危險指數(shù)Wt2;(3)比較Wtl和Wt2，選擇其中的大值做為最終的沖擊礦壓危險綜合指數(shù)Wt ；(4)根據(jù)Wt坐落的取值區(qū)間，確定開采區(qū)域的沖擊礦壓危險等級、狀態(tài)及防治對策。所述的地質(zhì)類影響因素包括:(I)沖擊礦壓發(fā)生歷史；(2)開采深度；(3)堅硬厚層巖層距煤層的距離；(4)頂板巖層厚度特征參數(shù)；(5)構(gòu)造應(yīng)力；(6)煤的單軸抗壓強度；
(7)煤的彈性能指數(shù)。所述的采礦類影響因素包括:(1)保護(hù)層的卸壓程度；(2)工作面距上保護(hù)層開采遺留的煤柱的水平距離；(3)工作面與臨近采空區(qū)的關(guān)系；(4)工作面長度；(5)區(qū)段煤柱寬度；(6)留底煤厚度；(7)向采空區(qū)掘進(jìn)的巷道，停掘位置與采空區(qū)的距離；(8)向采空區(qū)推進(jìn)的工作面，停采線與采空區(qū)的距離；(9)向落差大于3m的斷層推進(jìn)的工作面或巷道，工作面或迎頭與斷層的距離；(10)向煤層傾角劇烈變化(> 15° )的向斜或背斜推進(jìn)的工作面或巷道，工作面或迎頭與之的距離；(11)向煤層侵蝕、合層或厚度變化部分推進(jìn)的工作面或巷道，接近煤層變化部分的距離。所述的地質(zhì)類影響因素和采礦類影響因素，將各個因素對沖擊礦壓危險影響程度的危險指數(shù)按照由低到 高定為0，1，2，3。所述的地質(zhì)類因素影響的沖擊礦壓危險指數(shù)Wtl和采礦類因素影響的沖擊礦壓危險指數(shù)Wt2的確定方法是，分別將各自的每個因素實際對應(yīng)的危險指數(shù)值相加，并除以各自對應(yīng)的最大危險指數(shù)之和。所述的沖擊礦壓危險綜合指數(shù)在
區(qū)間以0.25為間隔，劃分為4個數(shù)值段，由低到高分別對應(yīng)A級危險、B級危險、C級危險和D級危險的4個危險等級和狀態(tài)。有益效果，由于采用了上述方案，將各個影響因素的不同權(quán)重進(jìn)行了定量標(biāo)記，SP當(dāng)所有因素的影響權(quán)重均取最大值3時，將得到?jīng)_擊礦壓危險綜合指數(shù)為1，即發(fā)生沖擊礦壓；當(dāng)所有因素的影響權(quán)重均取最小值O時，將得到?jīng)_擊礦壓危險綜合指數(shù)為0，即不會發(fā)生沖擊礦壓；由于本發(fā)明綜合分析評估地質(zhì)類和采礦類因素對沖擊礦壓發(fā)生影響的權(quán)重，并在沖擊礦壓發(fā)生即綜合指數(shù)為I和不發(fā)生即綜合指數(shù)為O之間采用概率區(qū)間劃分預(yù)測的手段進(jìn)行了處理，因此可預(yù)測沖擊礦壓發(fā)生的可能性大小，即可提前對礦井、采區(qū)、工作面或巷道沖擊礦壓危險性進(jìn)行預(yù)測，確定開采區(qū)域的沖擊礦壓危險等級和防治對策。優(yōu)點:該評估方法通過分析、篩選、考慮地質(zhì)類和采礦類多個因素對沖擊礦壓危險的影響，與其它僅考慮單個或幾個因素的做法相比，分析更加全面、合理；其次，將每個因素按照其不同影響程度賦予各自對應(yīng)權(quán)重，實現(xiàn)了沖擊礦壓危險程度的可算性和可定量化；同時將沖擊礦壓危險等級劃分為4級制并給出各自對應(yīng)防治對策的做法，比以往采用有沖擊和無沖擊的二級制、無明確防治對策的做法更加詳細(xì)和合理，可使防沖工作更加具有針對性和有效性。
具體實施例方式實施例1:該方法將沖擊礦壓危險程度劃分為A級無沖擊礦壓危險、B級弱沖擊礦壓危險、C級中等沖擊礦壓危險和D級強沖擊礦壓危險4個等級和狀態(tài)，并根據(jù)不同沖擊礦壓危險等級和狀態(tài)制定相應(yīng)的防治對策；通過綜合指數(shù)法分析評估開采區(qū)域的地質(zhì)類和采礦類因素對沖擊礦壓發(fā)生影響的權(quán)重，分別計算得出兩者的危險指數(shù)，并取其中的最大值作為最終的沖擊礦壓危險綜合指數(shù)，依此確定開采區(qū)域的沖擊礦壓危險等級、狀態(tài)和防治對策。綜合指數(shù)法分析評估的地質(zhì)類因素包括沖擊礦壓發(fā)生歷史、開采深度和上覆裂隙帶內(nèi)堅硬厚層巖層距煤層的地質(zhì)類影響的7個因素；采礦類因素包括保護(hù)層的卸壓程度、工作面距上保護(hù)層開采遺留的煤柱的水平距離和作面與臨近采空區(qū)的關(guān)系的采礦類影響11個因素。對于給定的某一開采區(qū)域，一種沖擊礦壓危險評估的綜合指數(shù)法，包含下述步驟:(I)分析地質(zhì)類影響因素，確定各自對應(yīng)的影響權(quán)重，計算地質(zhì)類因素影響的沖擊礦壓危險指數(shù)Wtl ；(2)分析采礦類影響因素，確定各自對應(yīng)的影響權(quán)重，計算采礦類因素影響的沖擊礦壓危險指數(shù)Wt2;(3)比較Wtl和Wt2，選擇其中的大值做為最終的沖擊礦壓危險綜合指數(shù)Wt ；(4)根據(jù)Wt坐落的取值區(qū)間，確定開采區(qū)域的沖擊礦壓危險等級、狀態(tài)及防治對策。所述的地質(zhì)類影響因素包括:(I)沖擊礦壓發(fā)生歷史；(2)開采深度；(3)堅硬厚層巖層距煤層的距離；(4)頂板巖層厚度特征參數(shù)；(5)構(gòu)造應(yīng)力；(6)煤的單軸抗壓強度；
(7)煤的彈性能指數(shù)。
`
所述的采礦類影響因素包括:(1)保護(hù)層的卸壓程度；(2)工作面距上保護(hù)層開采遺留的煤柱的水平距離；(3)工作面與臨近采空區(qū)的關(guān)系；(4)工作面長度；(5)區(qū)段煤柱寬度；(6)留底煤厚度；(7)向采空區(qū)掘進(jìn)的巷道，停掘位置與采空區(qū)的距離；(8)向采空區(qū)推進(jìn)的工作面，停采線與采空區(qū)的距離；(9)向落差大于3m的斷層推進(jìn)的工作面或巷道，工作面或迎頭與斷層的距離；(10)向煤層傾角劇烈變化(> 15° )的向斜或背斜推進(jìn)的工作面或巷道，工作面或迎頭與之的距離；(11)向煤層侵蝕、合層或厚度變化部分推進(jìn)的工作面或巷道，接近煤層變化部分的距離。所述的地質(zhì)類影響因素和采礦類影響因素，將各個因素對沖擊礦壓危險影響程度的危險指數(shù)按照由低到高定為0，1，2，3。所述的地質(zhì)類因素影響的沖擊礦壓危險指數(shù)Wtl和采礦類因素影響的沖擊礦壓危險指數(shù)Wt2的確定方法是，分別將各自的每個因素實際對應(yīng)的危險指數(shù)值相加，并除以各自對應(yīng)的最大危險指數(shù)之和。所述的沖擊礦壓危險綜合指數(shù)在
區(qū)間以0.25為間隔，劃分為4個數(shù)值段，由低到高分別對應(yīng)A級危險、B級危險、C級危險和D級危險的4個危險等級和狀態(tài)。具體的:1、沖擊礦壓主要影響因素的篩選沖擊礦壓影響因素眾多，有地質(zhì)的、采礦的和組織管理方面的，拋開組織管理因素的影響，在地質(zhì)類因素中，如果某個礦井曾經(jīng)發(fā)生過沖擊礦壓，則能夠表明該礦井具備發(fā)生沖擊礦壓的充分必要條件，發(fā)生次數(shù)越多，則沖擊礦壓危險越高；開采深度越大，則圍巖應(yīng)力水平及沖擊礦壓危險越高；上覆裂隙帶內(nèi)堅硬厚層巖層距煤層的距離越近，則頂板運動斷裂時產(chǎn)生的震動對沖擊礦壓的影響越大；煤層上方IOOm范圍頂板巖層厚度特征越明顯，則儲存和釋放彈性能的能力越強，對沖擊礦壓危險的影響越大；開采區(qū)域內(nèi)構(gòu)造引起的應(yīng)力增量越高，對沖擊礦壓的影響越大；煤的單軸抗壓強度越高，煤體的完整性越好，煤體越容易沖擊破壞；煤的彈性能指數(shù)越大，其儲存彈性能的能力越強、沖擊破壞的強度越大。在采礦類因素中，如果提前進(jìn)行保護(hù)層開采，可以降低沖擊礦壓危險，如果保護(hù)層的卸壓程度越高，則沖擊礦壓危險越低；如果在上保護(hù)層開采遺留的煤柱下方區(qū)域開采，則離煤柱的水平距離越近，則沖擊礦壓危險越高；如果工作面為實體煤工作面，則比臨近采空區(qū)的工作面沖擊礦壓危險低，如果為孤島工作面則沖擊礦壓危險高；如果工作面長度過小則可引起兩端頭拐角煤柱產(chǎn)生的集中應(yīng)力疊加，引起沖擊礦壓危險上升；如果區(qū)段煤柱寬度留設(shè)不合理，則可產(chǎn)生應(yīng)力過度升高的情況，增大沖擊礦壓危險；如果巷道留有底煤，則可在水平應(yīng)力的作用下產(chǎn)生底臌沖擊破壞；當(dāng)巷道、工作面向采空區(qū)、斷層、向斜、背斜、煤層侵蝕、合層或厚度變化區(qū)域掘進(jìn)或回采時，可造成超前支承應(yīng)力與采空區(qū)邊緣集中應(yīng)力或構(gòu)造應(yīng)力的疊加，將會增大沖擊礦壓的危險。通過上述分析，共篩選7個地質(zhì)類因素和11個采礦類因素做為沖擊礦壓危險影響的主要因素。它們分別為:(一)地質(zhì)類因素:(I)沖擊礦壓發(fā)生歷史；(2)開采深度；(3)堅硬厚層巖層距煤層的距離；(4)頂板巖層厚度特征參數(shù)；(5)構(gòu)造應(yīng)力；(6)煤的單軸抗壓強度；(7)煤的彈性能指數(shù)；(二)采礦類因素:(I)保護(hù)層的卸壓程度；(2)工作面距上保護(hù)層開采遺留的煤柱的水平距離；(3)工作面與臨近采空區(qū)的關(guān)系；(4)工作面長度；(5)區(qū)段煤柱寬度；(6)留底煤厚度；(7)向采空區(qū)掘進(jìn)的巷道，停掘位置與采空區(qū)的距離；(8)向采空區(qū)推進(jìn)的工作面，停采線與采空區(qū)的距離；(9)向落差大于3m的斷層推進(jìn)的工作面或巷道，工作面或迎頭與斷層的距離；(10)向煤層傾角劇烈變化(> 15° )的向斜或背斜推進(jìn)的工作面或巷道，工作面或迎頭與之的距離；(11)向煤層侵蝕、合層或厚度變化部分推進(jìn)的工作面或巷道，接近煤層變化部分的距離。2、沖擊礦壓影響因素的權(quán)重在通過對大量事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，將不同賦存條件下的每個影響因素對沖擊礦壓的影響程度劃分為4級，分別定義危險指數(shù)為0，1，2，3，指數(shù)越高，表明該因素對沖擊礦壓危險的影響越大，其中，“O”表示對沖擊礦壓沒有影響，“I”表示影響程度弱，“2”表示影響程度中等，“3”表示影響程度強。地質(zhì)類因素和采礦類因素影響的沖擊礦壓危險指數(shù)情況如表I和表2所示。3、沖擊礦壓危險綜合指數(shù)的確定按照每個影響因素對沖擊礦壓影響程度的4級劃分原則，將分析對象實際具有的地質(zhì)類因素和采礦類因素分別取對應(yīng)值，然后將地質(zhì)類因素和采礦類因素所取實際值分別
相加，得到2個危險指數(shù)總和，用
權(quán)利要求
1.一種預(yù)測煤礦井下沖擊礦壓危險的評估方法，其特征是:該方法將沖擊礦壓危險程度劃分為A級無沖擊礦壓危險、B級弱沖擊礦壓危險、C級中等沖擊礦壓危險和D級強沖擊礦壓危險4個等級和狀態(tài)，并根據(jù)不同沖擊礦壓危險等級和狀態(tài)制定相應(yīng)的防治對策；通過綜合指數(shù)法分析評估開采區(qū)域的地質(zhì)類和采礦類因素對沖擊礦壓發(fā)生影響的權(quán)重，分別計算得出兩者的危險指數(shù)，并取其中的最大值作為最終的沖擊礦壓危險綜合指數(shù)，依此確定開采區(qū)域的沖擊礦壓危險等級、狀態(tài)和防治對策； 對于給定的某一開采區(qū)域，一種沖擊礦壓危險評估的綜合指數(shù)法，包含下述步驟: (1)分析地質(zhì)類影響因素，確定各自對應(yīng)的影響權(quán)重，計算地質(zhì)類因素影響的沖擊礦壓危險指數(shù)Wtl ； (2)分析采礦類影響因素，確定各自對應(yīng)的影響權(quán)重，計算采礦類因素影響的沖擊礦壓危險指數(shù)Wt2 ； (3)比較Wtl和Wt2，選擇其中的大值做為最終的沖擊礦壓危險綜合指數(shù)Wt； (4)根據(jù)Wt坐落的取值區(qū)間，確定開采區(qū)域的沖擊礦壓危險等級、狀態(tài)及防治對策。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測煤礦井下沖擊礦壓危險的評估方法，其特征是:所述的地質(zhì)類影響因素包括:(I)沖擊礦壓發(fā)生歷史；(2)開采深度；(3)堅硬厚層巖層距煤層的距離；(4)頂板巖層厚度特征參數(shù)；(5)構(gòu)造應(yīng)力；(6)煤的單軸抗壓強度；(7)煤的彈性能指數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測煤礦井下沖擊礦壓危險的評估方法，其特征是:所述的采礦類影響因素包括:(1)保護(hù)層的卸壓程度；(2)工作面距上保護(hù)層開采遺留的煤柱的水平距離；(3)工作面與臨近采空區(qū)的關(guān)系；(4)工作面長度；(5)區(qū)段煤柱寬度；(6)留底煤厚度；(7 )向采空區(qū)掘進(jìn)的巷道，停掘位置與采空區(qū)的距離；(8)向采空區(qū)推進(jìn)的工作面，停采線與采空區(qū)的 距離；(9)向落差大于3m的斷層推進(jìn)的工作面或巷道，工作面或迎頭與斷層的距離；(10)向煤層傾角劇烈變化(> 15° )的向斜或背斜推進(jìn)的工作面或巷道，工作面或迎頭與之的距離；(11)向煤層侵蝕、合層或厚度變化部分推進(jìn)的工作面或巷道，接近煤層變化部分的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測煤礦井下沖擊礦壓危險的評估方法，其特征是:所述的地質(zhì)類影響因素和采礦類影響因素，將各個因素對沖擊礦壓危險影響程度的危險指數(shù)按照由低到高定為0，1，2，3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測煤礦井下沖擊礦壓危險的評估方法，其特征是:所述的地質(zhì)類因素影響的沖擊礦壓危險指數(shù)Wtl和采礦類因素影響的沖擊礦壓危險指數(shù)Wt2的確定方法是，分別將各自的每個因素實際對應(yīng)的危險指數(shù)值相加，并除以各自對應(yīng)的最大危險指數(shù)之和。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測煤礦井下沖擊礦壓危險的評估方法，其特征是:所述的沖擊礦壓危險綜合指數(shù)在
區(qū)間以0.25為間隔，劃分為4個數(shù)值段，由低到高分別對應(yīng)A級危險、B級危險、C級危險和D級危險的4個危險等級和狀態(tài)。
全文摘要
一種預(yù)測煤礦井下沖擊礦壓危險的評估方法，屬于預(yù)測沖擊礦壓危險的評估方法。將沖擊礦壓危險程度劃分為A級無沖擊礦壓危險、B級弱沖擊礦壓危險、C級中等沖擊礦壓危險和D級強沖擊礦壓危險，制定相應(yīng)的防治對策。綜合分析評估開采區(qū)域的地質(zhì)類和采礦類因素對沖擊礦壓發(fā)生影響的權(quán)重，分別計算得出兩者的危險指數(shù)，并取其中的最大值作為最終的沖擊礦壓危險綜合指數(shù)，依此確定開采區(qū)域的沖擊礦壓危險等級、狀態(tài)和防治對策。綜合指數(shù)法分析評估的地質(zhì)類因素包括沖擊礦壓發(fā)生歷史、開采深度和上覆裂隙帶內(nèi)堅硬厚層巖層距煤層的距離；采礦類因素包括保護(hù)層的卸壓程度、工作面距上保護(hù)層開采遺留的煤柱的水平距離和作面與臨近采空區(qū)的關(guān)系。
文檔編號E21C41/16GK103244179SQ201310159400
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者竇林名, 牟宗龍, 賀虎, 溫穎遠(yuǎn), 易恩兵 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)