山东科大中天电子有限公司煤柱型冲击地压的力学机制1、十一矿 22122 切眼煤柱情况平煤十一矿采深接近 1 000 m，受冲击地压威胁严重。二水平二采区 2212 区段开采二1 煤层，煤厚 4.2 m 左右，分层开采。 22122 采面设计开采 2212 区段下分层，采深820880 m，走向长度 1 300m，倾斜长 180m，下分层采厚 2.0m。为便于切眼掘进和支护，同风平巷自开口 1 280 m 向上（上层切眼以外）进入原生煤段。然后沿煤层顶板掘 22122切眼，即 22122 切眼布置在采空区外侧实体煤顶分层中，距上分层采宅区 2030 m， 22122 切眼附近巷道布置情况如图 1 所示。煤层及顶底板围岩物理力学参数如表 1 所示。（a） 平面图（b）A-A 剖面图 1 22122 切眼附近巷道布置图表 1 22122 切眼围岩物理力学参数层位 岩性 厚度/m抗压强度/MPa黏聚力c/MPa内摩擦角/()老顶砂质泥岩与细砂岩互层10.0 74.61113.28 1.85 38.20直接顶 砂质泥岩 2.0 46.91 10.97 34.40煤层 无烟煤 5.4 13.86 - -直接底 泥岩 12.0 28.55 1.22 33.21老底 石灰岩 10.0 88.54 11.54 28.12山东科大中天电子有限公司2、冲击地压发生情况22122 切眼在掘进过程中发生过 3 次冲击地压，第一次发生时间为 2009 年 12 月 27 日中班，切眼往下掘进至 100105 m 位置，冲击发生后迎头以后 20 m 范围内底臌 0.5 m，两帮收敛 0.3 m，造成设备损坏和人员受伤，能量达到 4.56105J。第二次发生在 2010 年1 月 15 日中班 23 时 10 分，切眼向下掘进到 125 m 处，当时正施工瓦斯排放措施孔，事故发生后迎头后退 2030 m 范围内两帮收缩 0.2 m，迎头后退 30m 范围内，底臌0.4 0.8m，煤尘飞扬，溜子抬高 0.4 m，造成设备损坏、人员受伤，瓦斯涌出量没有明显变化，微震监测系统显示此次冲击地压能量 1.52105J：第三次发生在 2010 年 2 月 19 日18 时 53 分，切眼距下巷 3m 处，迎头退后 5m 的 50 m 范围内底板臌起 0.70.8 m，两帮收缩 0.30.4 mm，多名工作人员被弹起，由于穿有防护服，无人员受伤，冲击能量达到3.33105 J。3 冲击地压发生机制分析（1 ）应力条件22122 切眼发牛的 3 次冲击地压，是典型的由采矿活动引起的煤柱型（压力型）冲击。巷道周围煤体中的压力由亚稳态增加至极限值，煤体内聚积的能量突然释放。从围岩应力条件分析，煤柱区位置的埋深达到 820880 m，按岩体平均容重 =25 kNm 3，则岩体自重应力在 21MPa 以上。如图 2 所示，上分层采空区侧煤壁由于受到基本顶断裂及下沉影响，使煤柱承受较高的支承压力，并与 22122 切眼支承压力形成叠加。数值模拟计算表明，垂直应力集中系数达到原始应力的 2.02.5 倍，采空区侧的垂直应力最大，接近原始应力的3.0 倍（见图 3） 。因此，煤柱承受的应力已经远大于煤体单向抗压强度（13.86MPa） 。采掘引起的应力高度集中为弹性能的积聚创造了条件，是引发冲击地压的主要原因。图 2 22122 切眼煤柱支承压力作用示意图山东科大中天电子有限公司图 3 煤柱垂直应力分布图（2 ）煤岩冲击倾向性能在煤岩特性方面，按照国家煤炭行业标准对煤层及顶板岩层进行了冲击倾向性测试，结果表明，二 1 煤层具有中等偏强冲击倾向性能，直接顶无冲击倾向，老顶具有中等冲击倾向，在煤层上方 30m 左右有一层厚度超过 20 m 的石英砂岩，具有强冲击倾向。煤及岩层本身具有的冲击倾向性能也是引发冲击地压的重要因素。（3 ）围岩体结构22122 切眼沿二 1 顶板布置，底板留有 2 m 厚度的底煤，是切眼围岩结构中的软弱部位（底板无支护） ，成为能量释放的突破口。当煤柱内积聚的大量弹性能达到极限时，就在底板及煤柱侧释放出来，产生冲击地压。企业介绍：山东科大中天位于中国院士泰山创业基地，注册基金 1150 万元，由中国科学院宋振骐院士汇聚多位院士等业内高端专家，充分依托山东科技大学联合中国矿业大学与山东大学等多所高校院所组建而成。以煤矿安全监控预警与智能化安全开采成套技术及其全过程实施管理信息化为主导产业，强力打造专家服务团队、技术研发团队与现场实施团队，不断拓展了实用矿山压力控制等理论与研究方法体系，确保公司的产品研制与现场应用始终处于领先水平。以井下岩层运动为中心，自主研发了“矿山压力位移监测系统（KJ385/KJ27） ”“煤矿安全监控系统（KJ599） ”等硬件系统，并通过“煤矿重山东科大中天电子有限公司大事故远程预警与实施管理信息系统”将矿压、瓦斯、水文等数据进行实施分析，实现了煤矿安全高效开采的信息化、智能化、可视化。产品均已通过IS09001 认证、煤矿安标认证、 “双软”认证等，长期受到国家火炬计划、科技型中小企业技术创新基金以及省科技厅经信委的专项扶持，获国家专利十余项。在此基础上，公司又推出了以支承压力分布监测系统为主的冲击地压预测与专业探放水设备，继而形成了从工程材料、工程装备到工程管理的防治水与冲击地压防控的一体化解决方案和现场实施队伍，从而建立了与煤矿现场长期共赢的战略伙伴关系。