CN103362551A - 一种冲击矿压的综合指数评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲击矿压的综合指数评估方法，通过综合分析评估开采区域的地质类和采矿类因素对冲击矿压发生影响的权重，分别计算得出两者的危险指数，并取其中的最大值作为最终的冲击矿压危险综合指数，依此确定开采区域的冲击矿压危险等级、状态和防治对策。本发明提供的冲击矿压的综合指数评估方法，是一种简单、易操作且使用的提前评估预测方法，只需通过分析开采区域的地质类因素和开采类因素便可确定其冲击矿压危险水平和等级，再根据预定的防治对策，可以提前做好冲击矿压的相关监测和防治准备，提升矿井生产的安全水平。

Description

一种冲击矿压的综合指数评估方法

技术领域

本发明涉及一种冲击矿压的综合指数评估方法，属于煤矿开采与煤矿安全技术。

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。

然而，对于某一开采区域是否需要采取或需要何种监测预测预报和防治措施，则需要提前评估该区域是否具有发生冲击矿压的危险或具有何种冲击矿压危险等级，但冲击矿压发生的原因复杂，影响因素众多且每种因素对冲击矿压危险的影响程度不同，单纯分析某一个或某几个因素往往会造成以偏盖全或漏掉主要因素的后果，或对某一因素的影响程度把握不准，从而导致分析结果的不准确，只有通过分析和筛选冲击矿压危险的主要影响因素，并确定这些因素的合理影响权重，然后将其综合起来进行分析，才能提高冲击矿压危险的预测准确率，再根据不同的冲击矿压危险水平等级制定有针对性的防治对策，从而达到有效指导冲击矿压灾害监测和治理的目的。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种***矿井、采区、工作面或巷道冲击矿压的综合指数评估方法，通过综合分析评估地质类和采矿类因素对冲击矿压发生影响的权重，确定开采区域的冲击矿压危险等级和防治对策。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

冲击矿压影响因素众多，有地质的、采矿的和组织管理方面的。本案抛开组织管理因素的影响，主要考虑地质类因素和采矿因素对冲击矿压造成的影响。

在地质类因素中，如果某个矿井曾经发生过冲击矿压，则能够表明该矿井具备发生冲击矿压的充分必要条件，发生次数越多，则冲击矿压危险越高；开采深度越大，则围岩应力水平及冲击矿压危险越高；上覆裂隙带内坚硬厚层岩层距煤层的距离越近，则顶板运动断裂时产生的震动对冲击矿压的影响越大；煤层上方100m范围顶板岩层厚度特征越明显，则储存和释放弹性能的能力越强，对冲击矿压危险的影响越大；开采区域内构造引起的应力增量越高，对冲击矿压的影响越大；煤的单轴抗压强度越高，煤体的完整性越好，煤体越容易冲击破坏；煤的弹性能指数越大，其储存弹性能的能力越强、冲击破坏的强度越大。

在采矿类因素中，如果提前进行保护层开采，可以降低冲击矿压危险，如果保护层的卸压程度越高，则冲击矿压危险越低；如果在上保护层开采遗留的煤柱下方区域开采，则离煤柱的水平距离越近，则冲击矿压危险越高；如果工作面为实体煤工作面，则比临近采空区的工作面冲击矿压危险低，如果为孤岛工作面则冲击矿压危险高；如果工作面长度过小则可引起两端头拐角煤柱产生的集中应力叠加，引起冲击矿压危险上升；如果区段煤柱宽度留设不合理，则可产生应力过度升高的情况，增大冲击矿压危险；如果巷道留有底煤，则可在水平应力的作用下产生底臌冲击破坏；当巷道、工作面向采空区、断层、向斜、背斜、煤层侵蚀、合层或厚度变化区域掘进或回采时，可造成超前支承应力与采空区边缘集中应力或构造应力的叠加，将会增大冲击矿压的危险。

基于上述分析，本案提供的冲击矿压的综合指数评估方法，包括如下步骤：

（1）分析冲击矿压影响因素中的地质类影响因素种类W_gi，确定各种类的地质影响因素的最大危险指数R_mgi和实际危险指数R_gi，计算地质类影响因素的冲击矿压危险指数 $W_{t1}=\mathrm{\Σ}\frac{R_{\mathrm{gi}}}{R_{\mathrm{mgi}}};$

（2）分析冲击矿压影响因素中的采矿类影响因素种类W_mj，确定各种类的采矿影响因素的最大危险指数R_mmj和实际危险指数R_mj，计算采矿类影响因素的冲击矿压危险指数 $W_{t2}=\mathrm{\Σ}\frac{R_{\mathrm{mj}}}{R_{\mathrm{mmj}}};$

（3）确定最终的冲击矿压危险综合指数为W_t＝max{W_t1,W_t2}；

（4）冲击矿压危险综合指数W_t值越高，开采区域的冲击矿压危险等级越高。

具体的，所述地质类影响因素包括：W_g1：冲击矿压发生历史；W_g2：开采深度；W_g3：坚硬厚层岩层距煤层的距离；W_g4：顶板岩层厚度特征参数；W_g5：构造应力；W_g6：煤的单轴抗压强度；W_g7：煤的弹性能指数。

具体的，所述采矿类影响因素包括：W_m1：保护层的卸压程度；W_m2：工作面距上保护层开采遗留的煤柱的水平距离；W_m3：工作面与临近采空区的关系；W_m4：工作面长度；W_m5：区段煤柱宽度；W_m6：留底煤厚度；W_m7：向采空区掘进的巷道，停掘位置与采空区的距离；W_m8：向采空区推进的工作面，停采线与采空区的距离；W_m9：向落差大于3m的断层推进的工作面或巷道，工作面或迎头与断层的距离；W_m10：向煤层倾角剧烈变化（＞15°）的向斜或背斜推进的工作面或巷道，工作面或迎头与之的距离；W_m11：向煤层侵蚀、合层或厚度变化部分推进的工作面或巷道，接近煤层变化部分的距离。

优选的，各种类的地质影响因素和各种类的地质影响因素的危险指数均分为四个等级，由低至高依次为0、1、2、3；其中，0表示对冲击矿压没有影响，1表示对冲击矿压影响程度弱，2表示对冲击矿压影响程度中等，3表示对冲击矿压影响程度腔。

冲击矿压灾害发生的预测预报实质是对发生概率大小的估计，应舍弃那种预测冲击矿压发生或不发生带有绝对化的二级制做法，本案在步骤（4）中，依据冲击矿压危险综合指数W_t确定开采区域的冲击矿压危险等级和对应危险等级的防治对策，具体为：当W_t≤0.25时，危险等级为A，危险状态为无危险；当0.25＜W_t≤0.5时，危险等级为B，危险状态为弱危险；当0.5＜W_t≤0.75时，危险等级为C，危险状态为中等危险；当W_t＞0.75时，危险等级为D，危险状态为强危险。

有益效果：本发明提供的冲击矿压的综合指数评估方法，是一种简单、易操作且使用的提前评估预测方法，只需通过分析开采区域的地质类因素和开采类因素便可确定其冲击矿压危险水平和等级，再根据预定的防治对策，可以提前做好冲击矿压的相关监测和防治准备，提升矿井生产的安全水平。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作更进一步的说明。

一种冲击矿压的综合指数评估方法，包括如下步骤：

（1）分析冲击矿压影响因素中的地质类影响因素种类W_gi，确定各种类的地质影响因素的最大危险指数R_mgi和实际危险指数R_gi，计算地质类影响因素的冲击矿压危险指数 $W_{t1}=\mathrm{\Σ}\frac{R_{\mathrm{gi}}}{R_{\mathrm{mgi}}};$

（2）分析冲击矿压影响因素中的采矿类影响因素种类W_mj，确定各种类的采矿影响因素的最大危险指数R_mmj和实际危险指数R_mj，计算采矿类影响因素的冲击矿压危险指数 $W_{t2}=\mathrm{\Σ}\frac{R_{\mathrm{mj}}}{R_{\mathrm{mmj}}};$

（3）确定最终的冲击矿压危险综合指数为W_t＝max{W_t1,W_t2}；

（4）依据冲击矿压危险综合指数W_t确定开采区域的冲击矿压危险等级和对应危险等级的防治对策。

所述步骤（1）中，地质类影响因素的种类、各类地质影响因素的危险指数等级划分方法如表1所示。

表1地质类因素影响的冲击矿压危险指数评估表

所述步骤（2）中，采矿类影响因素的种类、各类采矿影响因素的危险指数等级划分方法如表2所示。

表2采矿类因素影响的冲击矿压危险指数评估表

所述步骤（4）中，依据冲击矿压危险综合指数W_t划分开采区域的冲击矿压危险等级的方法和对应危险等级的防治对策如表3所示。

表3冲击矿压危险综合指数、等级、状态及防治对策表

下面结合实施例对本发明做出进一步的说明。

对于给定的某一开采区域，第一步是首先分析地质条件，确定其具有的表1中所列的地质类影响因素以及各类地质影响因素实际的赋存条件，再计算地质类影响因素的冲击矿压危险指数W_t1；第二步是分析采矿条件，确定其具有的表2中所列的采矿类影响因素以及各类采矿影响因素实际的赋存条件，再计算采矿类影响因素的冲击矿压危险指数W_t2；第三步是比较W_t1和W_t2，取其中的大值作为最终的冲击矿压危险综合指数W_t；第四步是根据表3确定W_t坐落的取值区间，并依此确定冲击矿压危险等级和对应危险等级的防治对策。

以某矿的某采区为例，采用综合指数法确定该采区的冲击矿压危险综合指数、等级、状态以及需要采取的防治对策。

通过分析该采区的地质条件，对冲击矿压影响的地质类因素主要有：开采深度（900～1000m）、上覆坚硬厚层岩层（距煤层的距离、顶板厚度特征参数值为86）、断层等地质构造（存在构造应力增量）、煤的物理力学属性（单轴抗压强度大于20Mpa，弹性能指数大于5）。根据表1，经过计算由地质类因素影响的冲击矿压危险指数W_t1=0.76，见表4所示。

表4某采区地质类因素影响的冲击矿压危险指数评估表

通过分析该采区的采矿条件，对冲击矿压影响的采矿类因素主要有：工作面临近采空区（会出现一侧采空的工作面），工作面长度（200～270m），煤柱宽度（5m），采、掘工作面与构造区域的位置关系（巷道、工作面需过断层、向斜构造区和煤层厚度变化区域）。根据表2，经过计算由采矿类因素影响的冲击矿压危险指数W_t2=0.67，见表5所示。

表5某采区采矿类因素影响的冲击矿压危险指数评估表

比较W_t1和W_t2，得到最终的冲击矿压危险综合指数：

W_t＝max{W_t1,W_t2}=max{0.76,0.67}=0.76

根据W_t查看表3，0.5＜W_t≤0.75时，危险等级为C，危险状态为中等危险。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种冲击矿压的综合指数评估方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）分析冲击矿压影响因素中的地质类影响因素种类W_gi，确定各种类的地质影响因素的最大危险指数R_mgi和实际危险指数R_gi，计算地质类影响因素的冲击矿压危险指数

$W_{t1}=\mathrm{\Σ}\frac{R_{\mathrm{gi}}}{R_{\mathrm{mgi}}};$

（2）分析冲击矿压影响因素中的采矿类影响因素种类W_mj，确定各种类的采矿影响因素的最大危险指数R_mmj和实际危险指数R_mj，计算采矿类影响因素的冲击矿压危险指数 $W_{t2}=\mathrm{\Σ}\frac{R_{\mathrm{mj}}}{R_{\mathrm{mmj}}};$

（3）确定最终的冲击矿压危险综合指数为W_t＝max{W_t1,W_t2}；

（4）冲击矿压危险综合指数W_t值越高，开采区域的冲击矿压危险等级越高。

2.根据权利要求1所述的冲击矿压的综合指数评估方法，其特征在于：

所述地质类影响因素包括：W_g1：冲击矿压发生历史；W_g2：开采深度；W_g3：坚硬厚层岩层距煤层的距离；W_g4：顶板岩层厚度特征参数；W_g5：构造应力；W_g6：煤的单轴抗压强度；W_g7：煤的弹性能指数；

所述采矿类影响因素包括：W_m1：保护层的卸压程度；W_m2：工作面距上保护层开采遗留的煤柱的水平距离；W_m3：工作面与临近采空区的关系；W_m4：工作面长度；W_m5：区段煤柱宽度；W_m6：留底煤厚度；W_m7：向采空区掘进的巷道，停掘位置与采空区的距离；W_m8：向采空区推进的工作面，停采线与采空区的距离；W_m9：向落差大于3m的断层推进的工作面或巷道，工作面或迎头与断层的距离；W_m10：向煤层倾角剧烈变化的向斜或背斜推进的工作面或巷道，工作面或迎头与之的距离；W_m11：向煤层侵蚀、合层或厚度变化部分推进的工作面或巷道，接近煤层变化部分的距离。

3.根据权利要求1所述的冲击矿压的综合指数评估方法，其特征在于：各种类的地质影响因素和各种类的地质影响因素的危险指数均分为四个等级，由低至高依次为0、1、2、3；其中，0表示对冲击矿压没有影响，1表示对冲击矿压影响程度弱，2表示对冲击矿压影响程度中等，3表示对冲击矿压影响程度腔。

4.根据权利要求1所述的冲击矿压的综合指数评估方法，其特征在于：所述步骤（4）中，依据冲击矿压危险综合指数W_t确定开采区域的冲击矿压危险等级，具体为：当W_t≤0.25时，危险等级为A，危险状态为无危险；当0.25＜W_t≤0.5时，危险等级为B，危险状态为弱危险；当0.5＜W_t≤0.75时，危险等级为C，危险状态为中等危险；当W_t＞0.75时，危险等级为D，危险状态为强危险。