沖擊地壓評價的綜合指數(shù)法使用說明

1、綜合指數(shù)法使用說明1 .概念沖擊地壓影響因素眾多，有地質(zhì)的因素，也有采礦的因素。在地質(zhì)類因素中，如果某個礦井曾經(jīng)發(fā)生過沖擊地壓，則能夠表明該礦井具備發(fā)生沖擊地壓的充分必要條件，發(fā)生次數(shù)越多，則沖擊地壓危險越高；開采深度越大，則圍巖應力水平及沖擊地壓危險越高；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)生的震動對沖擊地壓的影響越大；煤層上方100m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，對沖擊地壓危險的影響越大；開采區(qū)域內(nèi)構(gòu)造引起的應力增量越高，對沖擊地壓的影響越大；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

2、力越強、沖擊破壞的強度越大。在采礦類因素中，如果提前進行保護層開采，可以降低沖擊地壓危險，如果保護層的卸壓程度越高，則沖擊地壓危險越低；如果在上保護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，則沖擊地壓危險越高；如果工作面為實體煤工作面，則比臨近采空區(qū)的工作面沖擊地壓危險低，如果為孤島工作面則沖擊地壓危險高；如果工作面長度過小則可引起兩端頭拐角煤柱產(chǎn)生的集中應力疊加，引起沖擊地壓危險上升；如果區(qū)段煤柱寬度留設(shè)不合理，則可產(chǎn)生應力過度升高的情況，增大沖擊地壓危險；如果巷道留有底煤，則可在水平應力的作用下產(chǎn)生底鼓沖擊破壞；當巷道、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

3、區(qū)域掘進或回采時，可造成超前支承應力與采空區(qū)邊緣集中應力或構(gòu)造應力的疊加，將會增大沖擊地壓的危險。在統(tǒng)計已發(fā)生的沖擊地壓災害的基礎(chǔ)上，分析各種地質(zhì)因素和開采技術(shù)因素對沖擊地壓發(fā)生的影響，確定各種因素的影響權(quán)重，得到?jīng)_擊危險綜合指數(shù)，基于對沖擊地壓危險性進行預測與等級劃分，該方法稱為綜合指數(shù)法。綜合指數(shù)法由竇林名教授提出并實施應用，后由竇林名、牟宗龍教授做簡單修改。其他學者提出的綜合分析法、層次分析法、統(tǒng)計分析法等，不能稱為綜合指數(shù)法。綜合指數(shù)法在分析已發(fā)生的近200次沖擊地壓事故的基礎(chǔ)上，通過嚴格的數(shù)學統(tǒng)計方法得到開采區(qū)域的地質(zhì)類和采礦類因素對沖擊地壓發(fā)生影響的權(quán)重，分別計算得出兩者的危險指數(shù)

4、，并取其中的最大值作為最終的沖擊地壓危險綜合指數(shù),依此對工作面沖擊地壓危險性進行評價，確定開采區(qū)域的沖擊地壓危險等級、狀態(tài)和防治對策。這是一種宏觀角度的評價方法，可用于對礦井水平、采區(qū)、采掘工作面等沖擊地壓危險性進行預測和評價，以便正確的認識沖擊地壓對生產(chǎn)的威脅。綜合指數(shù)法中，分地質(zhì)因素評價沖擊危險性指數(shù)和開采技術(shù)因素評價的沖擊危險性指數(shù)，綜合兩者來評價區(qū)域的沖擊危險程度。沖擊地壓危險性評價與預測的綜合指數(shù)由下式計算：WmaxWLWLn1n2WiWi其中：Wti，Wt2鎮(zhèn)WmaxWmaxi1i1式中：WJ沖擊危險綜合指數(shù)；Wti地質(zhì)因素確定的沖擊危險指數(shù)；叫2采礦技術(shù)因素對沖擊地壓的影響程度及

5、沖擊地壓危險狀態(tài)等級評定的指數(shù)。Wi為第i個地質(zhì)因素、開采技術(shù)因素的評估指數(shù)；Wmax為第i個地質(zhì)因素、開采技術(shù)因素的指數(shù)最大值；ni,n2為地質(zhì)因素、開采技術(shù)因素的數(shù)目。根據(jù)沖擊地壓危險狀態(tài)等級評定綜合指數(shù)Wt,將沖擊地壓的危險程度分為四個危險等級，分別為無沖擊危險、弱沖擊危險、中等沖擊危險、強沖擊危險。根據(jù)沖擊地壓危險性的等級，采取相應的防治對策，見表1。表1沖擊地壓危險綜合指數(shù)、等級、狀態(tài)及防治對策表危險等級危險狀態(tài)綜合指數(shù)沖擊地壓危險防治對策A無沖擊Wt<0.25按無沖擊地壓危險采區(qū)管理，正常進行設(shè)計及生產(chǎn)作業(yè)。B弱沖擊0.25VWt45考慮沖擊地壓影響因素進行設(shè)計，還應滿足：1

6、 .配備必要的監(jiān)測檢驗，治理設(shè)備。2 .制定監(jiān)測和治理方案，作業(yè)中進行沖擊地壓危險監(jiān)測、解危和效果檢驗。C中等沖擊0.5VWt<0.75考慮沖擊地壓影響因素進行設(shè)計，合理選擇巷道及胴室布置方案、工作面接替順序；優(yōu)化主要巷道及胴室的技術(shù)參數(shù)、支護方式、掘進速度、采煤工作面超前支護距離及方式等。還應滿足：1 .配備完備區(qū)域與局部的監(jiān)測檢驗設(shè)備和治理裝備。2 .作業(yè)前對采煤工作面支承壓力影響區(qū)、掘進煤層巷道迎頭及后方的巷幫采取預卸壓措施。3 .設(shè)置人員限制區(qū)域、確定避災路線。4 .制定監(jiān)測和治理方案，作業(yè)中進行沖擊地壓危險監(jiān)測、解危和效果檢驗。D強沖擊Wt>0.75考慮沖擊地壓影響因素進

7、行設(shè)計，合理選擇巷道及胴室布置方案、工作面接替順序等；優(yōu)化巷道及胴室技術(shù)參數(shù)、支護方式和掘進速度等；優(yōu)化采煤工作面頂板支護、推進速度、超前支護距離及方式、采放煤高度等參數(shù)。還應滿足：1 .配備完備區(qū)域與局部的監(jiān)測檢驗設(shè)備和治理裝備。2 .作業(yè)前對采煤工作面回采巷道、掘進煤層巷道迎頭及后方的巷幫實施全面預卸壓，經(jīng)檢驗沖擊地壓危險解除后方可進行作業(yè)。3 .制定監(jiān)測和治理方案，作業(yè)中加強沖擊地壓危險的監(jiān)測、解危和效果檢驗措施；監(jiān)測對周邊巷道、胴室等的擾動影響，并制定對應的治理措施。4 .設(shè)置躲避胴室、人員限制區(qū)域、確定避災路線。如果生產(chǎn)過程中，經(jīng)充分采取監(jiān)測及解危措施后，仍不能保證安全時應停止生產(chǎn)或

8、重新設(shè)計。2 .地質(zhì)因素指標與取值說明2.1 地質(zhì)因素沖擊危險指數(shù)對于每一類地質(zhì)影響因素和對于每一類地質(zhì)影響因素的危險指數(shù)均分為四個等級，由低至高依次為0、1、2、3;其中，0表示對沖擊地壓沒有影響，1表示對沖擊地壓影響程度弱，2表示對沖擊地壓影響程度中等，3表示對沖擊地壓影響程度強。表2為地質(zhì)因素影響的沖擊危險指數(shù)表。表2地質(zhì)因素沖擊地壓危險指數(shù)表序號影響因素因素說明因素分類危險指數(shù)1皿同一水平煤層沖擊地壓發(fā)生歷史(次數(shù)/n)n=00n=112<k32n>332W2開米深度hh<400m0400mvhw600m1600mvhw800m2h>800m33W3上覆裂隙、帶

9、內(nèi)堅硬厚層巖層距煤層的距離dd>100m050mvdw100m120mvdw50m2d<20m34W4煤層上方100m范圍頂板巖層厚度特征參數(shù)Lst,Lsv50m050m<Lst<70m170mvLstw90m2Lst>90m35W5開采區(qū)域內(nèi)構(gòu)造引起的應力增量與正常應力值之比=(g-)/工10%010%v<20%120%v<30%2>30%36W6煤的單軸抗壓強度RcRc<10MPa010MPa<Rc<14MPa114MPavRc<20MPa2Rc>20MPa37W7煤的彈性能指數(shù)WetWetV202<Wet

10、<3.513.5機etv52Wet>532.2 地質(zhì)因素沖擊危險指數(shù)取值說明(1) Wi:同一水平同一煤層沖擊地壓發(fā)生的歷史，這里“沖擊地壓”是經(jīng)過認定的“沖擊地壓”事件?！懊号凇?、“震動”不在此范圍。(2) W2：評價區(qū)域煤層開采深度。按區(qū)域內(nèi)最大值進行計算。(3) W3：處于裂隙帶范圍內(nèi)的厚層堅硬巖層距離煤層頂板的距離。厚層：單層厚度大于10m；堅硬巖層：單軸抗壓強度大于60MPa,單軸抗壓強度為自然含水率條件下。(5) W4：煤層上方100m范圍頂板巖層厚度特征參數(shù)確定方法：Lsthr式中：Lst頂板巖層厚度參數(shù)；hi頂板在100m范圍內(nèi)第i種巖層的總厚度;r第i種巖層的弱面

11、遞減系數(shù)。若定義砂巖的強度系數(shù)和弱面系數(shù)為1.0,則煤系地層各巖層的強度比和弱面遞減系數(shù)如表3所小。表3煤系地層巖層的強度比和弱面系數(shù)比巖層砂巖泥巖頁巖煤米空區(qū)冒什強度比1.00.820.580.340.2弱面遞減系數(shù)比1.00.620.290.310.04評價區(qū)域內(nèi)若柱X圖范圍小于100m時，計算后折算到100m。評價區(qū)域內(nèi)多個柱狀圖可供選擇時，分別對各個鉆孔進行計算，取最大值。(5) W5:指構(gòu)造應力分量減去正常水平應力與正常水平應力的比值。如果該區(qū)域有實測地應力數(shù)據(jù)，當該區(qū)域應力場為構(gòu)造應力場(即最大主應力為水平應力)時，實測最大水平應力分量減去正常水平應力分量(一般正常水平應力分量是垂

12、直應力的1.3倍，即h=1.3v),因此計算方法為:hmaxhoh其中:hmax為水平應力最大值(或近水平最大應力分量)；h為正常水平應力。例如:實測地應力值為最大水平應力為15MPa,自重應力為10MPa,則：hmaxh1513130.15415.4%,即取值1。若無實測地應力數(shù)據(jù)，則需要根據(jù)礦井地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育(主要為斷裂構(gòu)造與褶皺構(gòu)造)情況進行推測。(6) W6：煤的單軸抗壓強度，以評價區(qū)域“沖擊傾向性鑒定報告”中的單軸抗壓強度為準。(7) W7：煤的彈性能指數(shù)，以評價區(qū)域“沖擊傾向性鑒定報告”中的彈性能指數(shù)為準3 .采礦因素影因素指標與取值說明3.1 采礦因素沖擊危險指數(shù)對于每一類采礦技

13、術(shù)影響因素和對于每一類采礦影響因素的危險指數(shù)均分為四個等級，由低至高依次為0、1、2、3;其中，0表示對沖擊地壓沒有影響，1表示對沖擊地壓影響程度弱，2表示對沖擊地壓影響程度中等，3表示對沖擊地壓影響程度強。表4為采礦類因素影響的沖擊地壓危險指數(shù)表。表4采礦類因素影響的沖擊地壓危險指數(shù)表序號影響因素因素說明因素分類危險指數(shù)1W1保護層的卸壓程度好0中等12很差32W2工作面距上保護層開采遺留的煤柱的水平距離hzhz>60m030m<60m10m<hzv30m2Phz<0m（煤柱卜方）33W3工作面與臨近采空區(qū)的關(guān)系實體煤工作面0_側(cè)采空1兩側(cè)采空2三側(cè)及以上采空34W4

14、工作面長度LmLm>300m0150m<Lm<300m1100m<Lm<150m2Lmv100m35W5區(qū)段煤柱寬度ddw3m或d>50m03m<dw6m16m<d<10m210mvdv50m36W6留底煤厚度tdtd=0m00m<td<1m11mvtdW2m2td>2m37W7向采空區(qū)掘進的巷道，停掘位置與米空區(qū)的距離LjcLjc>150m0100m<Ljc<150m150mWLjc<100m2<50m38W8向采空區(qū)推進的工作面，停采線與采空區(qū)的距離LmcLmc>300m0200m&

15、lt;Lmcv300m1100m<Lmcv200m2LmcV100m39W冏落於大于3m的斷層唯講的T作而成Ld>100m0巷道，工作面或迎頭與斷層的距離Ld50m<Ld<100m120mWLd<50m2Ld<20m310W10向煤層傾角劇烈變化(>15。)的向斜或背斜推進的工作面或巷道，工作面或迎頭與之的距離LzLz>50m020m<Lz<50m110m<Iz<20m2LzV10m311W11向煤層侵蝕、合層或厚度變化部分推進的工作面或巷道，接近煤層變化部分的距離LbLb>50m020mWLb<50m110m

16、<Lb<20m2LbV10m33.2采礦因素沖擊危險指數(shù)取值說明(1) Wi:保護層開采的卸壓程度。按照國標”沖擊地壓測定、監(jiān)測與防治方法第12部分：開采保護層防治方法”，評價區(qū)域處于有效卸壓范圍、有效卸壓期限內(nèi)時，保護層卸壓程度為“好”；處于有效卸壓范圍，但是超出卸壓有效時問時，保護層卸壓程度為“中等”；不處于保護層卸壓有效范圍內(nèi)，保護層卸壓程度為“一般”；保護層開采時遺留承載煤柱，且該煤柱平面投影處于評價區(qū)域內(nèi)，保護層卸壓程度為“很差”。無保護層開采時，此項不考慮。(2) W2:指評價工作面邊界距離與上保護層開采遺留承載煤柱的水平距離，當此煤柱平面投影處于評價區(qū)域內(nèi)時，此時位于

17、“煤柱下方”。無保護層開采時，此項不考慮。(3) W3：工作面周邊采空區(qū)情況。相鄰礦井采空區(qū)、本礦井相鄰采區(qū)(帶區(qū)、盤區(qū))對工作面的影響，若煤柱寬度隔離采空區(qū)影響(一般大于50m),若煤柱寬度不足以隔離采空區(qū)影響，則需要作為相鄰采空區(qū)考慮。(4) W4：指工作面實際面長，評價區(qū)域內(nèi)面長發(fā)生變化時，以最小面長進行計算。(5) W5：指區(qū)段煤柱凈寬。(6) W6：工作面兩巷設(shè)計(或?qū)嶋H)底煤的厚度，如傾斜煤層的三角底煤、厚煤層沿頂板掘進時留底煤、過構(gòu)造區(qū)域、煤層厚度變化區(qū)域的底煤厚度不留底煤即為0(7) W7:以停掘位置巷道中線的延長線至采空區(qū)邊界的垂直距離計算(8) W8：以停采線距離采空區(qū)邊界

18、最小垂直距離計算。(9) W9：以巷道迎頭線/工作面至斷層面的最小垂直距離計算；巷道與工作面穿過斷層時，距離為00(10) Wo：以巷道迎頭線/工作面至褶曲的軸跡線的最小垂直距離。(11) Wii：以巷道迎頭線/工作面至煤層的合并線、分叉線、侵蝕線、煤層厚度變異系數(shù)高于50%線的最小垂直距離。掘進巷道與工作面需要穿過以上區(qū)域時，距離為004 .執(zhí)行說明(1)綜合指數(shù)法版本。到目前為止，綜合指數(shù)法經(jīng)過了兩個階段，課題組早期著作與文獻中采用的是最初版本。防治煤礦沖擊地壓細則專家解讀中使用的是修改后的版本，也即是本手冊中的引用的版本，建議采用此版本。特定情況下，使用老版本也是正確的。(2)綜合指數(shù)法

19、的使用對象。綜合指數(shù)法可以對煤層、水平、采區(qū)、采掘工作面進行評價。但是此時煤層、水平、采區(qū)、采掘工作面即為一個評價對象，得到是一個沖擊危險綜合指數(shù)與沖擊危險等級。一個對象中不出現(xiàn)兩個沖擊危險綜合指數(shù)與沖擊危險等級。(3)綜合指數(shù)法的精度與范圍。綜合指數(shù)法是基于采掘工作面已經(jīng)發(fā)生的沖擊地壓事件的數(shù)理分析得到的結(jié)果，本質(zhì)是將選擇區(qū)域內(nèi)的最大指標(如開采深度，選擇的是區(qū)域內(nèi)的最大深度)，然后平均(權(quán)重不同)每個指標(地質(zhì)因素7個指標平均)，因為每個指標都有其影響范圍，指標與指標對沖擊的發(fā)生也有相互影響。因此，對一個對象(采區(qū)、采掘工作面)不建議進行網(wǎng)格化(比如將工作面劃分成1mx1m網(wǎng)格)o(4)評價區(qū)域內(nèi)差異性過大的處理。如果出現(xiàn)一個評價區(qū)域內(nèi)不同部