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齐庆新:我国煤矿冲击地压发展70年:理论与技术体系的建立与思考

2019-09-11   来源:bet28365体育科学技术

  2018年10月20日,山东能源集团龙郓煤业发生冲击地压事故,造成21人死亡;2019年6月9日,吉林煤业集团公司龙家堡煤矿发生冲击地压事故,造成9人死亡;2019年8月2日,开滦(集团)有限责任公司唐山矿业分公司井下发生1起较大冲击地压事故,造成7人死亡。这么短的时间内,发生3起震惊全国的冲击地压事故,不禁要问:为什么会发生冲击地压,冲击地压能防治吗?


  事实上,我国早在解放前的1933年就发生过冲击地压,而在20世纪80年代前后,因煤矿开采深度的增加,一些典型的硬煤、硬顶、硬底简称“三硬”条件的煤矿相继发生冲击地压,成为当时影响我国煤矿安全生产的主要灾害之一。


  进入21世纪以后,在我国煤矿开采深度不断增加的同时,由于机械化水平的提高,煤矿开采强度显著加大,矿井井型由过去最大的300万t/a不断增大到500万 t/a、800万 t/a、1 000万 t/a,甚至1 500万t/a,从而导致一些过去没有冲击地压危险的矿井也发生了冲击地压。同时,由于矿井设计理念的落后和设计标准的滞后,我国很多开采深度大于500m的矿井在设计时根本没有考虑冲击地压问题,从而使得开拓部署不够合理、没有实施保护层开采、大巷布置在冲击地压煤层中、留设不合理煤柱、跳采或孤岛开采,从而导致近10年来我国一些深部开采矿井及新建矿井陆续发生冲击地压灾害,对我国煤矿安全生产造成了严重威胁。因此,如何解决这些生产矿井冲击地压问题,已成为摆在bet28365体育科研工作者面前亟待解决的问题。


  经过40年的努力,我国在冲击地压研究与工程实践方面成果显著,陆续建立了冲击地压的“三准则”理论、变形系统失稳理论、“三因素”理论、“弱化减冲”理论、应力控制理论、“冲击启动”理论和冲击地压扰动响应失稳理论,使我国在冲击地压理论研究方面占据世界领先地位。同时,在冲击地压监测技术与装备方面,在消化、引进国外先进技术装备的基础上,研发的冲击地压采动应力监测系统、微震监测系统和电磁辐射监测系统等已装备到大部分冲击地压矿井。对冲击地压显现较为严重的矿井,通过煤层大直径钻孔卸压、留设合理煤柱、顶板深孔爆破或水压致裂等技术,大大降低了冲击地压的危险性,有效防止了冲击地压灾害的发生。

  

  bet28365体育科学研究总院深部开采与冲击地压防治研究院齐庆新研究员团队系统全面地阐述了新中国成立70年来在冲击地压研究方面取得的成绩,主要从理论、监测与预警装备、防治技术及法律法规与标准构建等方面进行了重点介绍。研究人员兼顾国外主要采矿国家在冲击地压研究上开展的工作。


  可以看到,随着我国煤矿开采深度的增加,冲击地压矿井数量和灾害危害程度显著增加,而国外冲击地压因煤矿开采的萎缩,只在个别一些国家偶尔发生冲击地压;对于冲击地压发生机理的研究,国外对此研究的工作主要是停留在20世纪50—90年代,而我国主要研究成果是近30年的事情,主要包括“三因素”机理、强度弱化减冲机理、应力控制理论、冲击启动理论和扰动响应失稳理论等;在冲击地压监测预警方面,国外主要集中在微震与地音监测方面,并配合钻屑法,而我国在此基础上,提出了采动应力监测方法,并开发了相关技术装备,现已广泛应用于实际煤矿冲击地压监测与预警.


  在冲击地压防治方面,以往重点关注在煤层和顶板冲击危险性的消除和解危上,而最近10年来,在巷道支护及煤岩体结构控制的研究与工程实践方面开展了有益的探索,旨在加强局部巷道支护的同时,从区域上控制煤岩体结构稳定性和应力分布,开发了分级分类的冲击地压巷道支护技术,采用水力压裂与深孔爆破等技术实现了对坚硬顶板岩层的有效控制.


  在冲击地压相关法律法规与标准体系建设方面,最近10年来,我国开展了较为系统的制订工作,包括《防治煤矿冲击地压细则》在内的规程及相关标准已制订并实施,现已初步建成冲击地压标准体系。


  改革开放40年来,我国煤矿冲击地压矿井数量不断增加,研究冲击地压的人数不断增加,冲击地压发生机理不断完善,冲击地压监测技术及仪器与装备从无到有,性能不断提升,冲击地压防治技术与方法不断完善,有效性不断提高,冲击地压有关法律法规从无到有,现已趋于完善。


  综合而言,我国煤矿冲击地压理论与技术体系已初步形成。应该看到,随着大数据、智能化与机器人时代的到来,在新的科学技术的推动下,冲击地压理论与技术将获得更大的发展。


我国冲击地压矿井分布(截至2017年1月)


冲击地压综合监测预警系统


巷道“三级”支护现场实例


  这项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目的资金支持,研究成果以《我国煤矿冲击地压发展70年:理论与技术体系的建立与思考》为题发表于《bet28365体育科学技术》2019年第9期。


  责任编辑:宫在芹

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