冲击地压防治PPT课件

煤矿冲击地压防治2019 5 煤矿冲击地压灾害概况 1 冲击地压概述煤矿在开采中 由于采掘导致的煤层顶底板垮断与破坏 支架折损 冒顶 煤壁片帮 底鼓等现象 可以归结为一般的矿山压力现象 是煤岩体在采动条件下围岩应力重新分布而发生的常见的矿山压力显现形式 而冲击地压是一种特殊矿压显现形式 通常是在煤 岩力学系统达到极限强度时 以突然 急剧 猛烈的形式释放弹性能 导致煤岩层瞬时破坏并伴随有煤粉和岩石的冲出 造成井巷的破坏及人身伤亡事故 世界上有记载的第一次发生冲击地压于1738年英国的南史培福煤田 200多年来 其危害几乎遍布世界各采矿国家 包括我国在内的20多个国家和地区都记录有冲击地压现象 我国1933年抚顺胜利矿最早发生冲击地压 1985年我国冲击地压煤矿为32个 主要分布在北京 枣庄 抚顺 大同 阜新 天池等局矿 开采深度平均为600 750m 近年来 由于煤矿开采深度的不断增加 冲击地压发生矿井数量及程度又呈明显上升的趋势 仅1997年至2006年底 先后在大同 抚顺 北京 徐州 新汶 开滦 华亭 义马 阜新 平顶山等局因冲击地压的发生而导致的重大伤亡事故就多达10余起 死亡人数达百余人 截至2006年底 仅新发生冲击地压的矿井就多达60余个 分布范围扩大到开滦 新汶 义马 鹤岗 淮南 大屯 平顶山 华亭 韩城 兖州 七台河等局矿 开采深度也达到750 1150m 冲击地压一直没有像对待水 火 瓦斯等煤矿天敌那样引起人们的足够重视 就是发生了冲击地压 工人们也俗称之为 煤炮 绝大部分煤矿都没有采取治理和防范措施 也没有相应的研究治理理论 更缺乏对职工进行防治冲击地压方面的有针对性的培训教育 2 我国冲击地压的主要特点2 1突发性冲击地压发生前一般没有明显的宏观前兆 相当多的冲击地压是由爆破 顶板来压等引起的 但也有很多是在没有人员活动的期间内发生的 很难确定诱发因素冲击地压一般伴随有强烈的震动和声响 最大震级可达M4 3级 地面几千米范围内有震感 2 2类型多样我国冲击地压以煤层冲击最常见 也有顶板冲击和底板冲击 房山矿发生的一次冲击地压 底板突然鼓起并开裂成5cm宽的裂缝 在煤层冲击中 绝大多数表现为破碎煤从煤壁抛出 也有极个别情况表现为数十平方米的煤体整体滑移 2 3破坏和损失巨大2 3 1人员伤亡 冲击地压造成震动使人员碰伤 所造成的冒顶 片帮 支架折断也伤及人员 由于巷道堵塞 人员被埋而窒息 2 3 2破坏生产 冲击地压造成片帮 底鼓 冒顶可造成几十米巷道被堵塞 几百米巷道支架被损坏 机械设备被移位 风门被暴风摧垮 有的被迫停采 损失煤炭可多达数万t 2 3 3地面房屋被震坏开裂 2 4灾害程度不同我国煤矿冲击地压的强度 频度 灾害程度 伴生灾害情况等因开采地质条件的不同而差别较大 根据微震检测系统记录 门头沟煤矿 现已关闭 平均每月记录到160次各类冲击和震动 华丰煤矿每月可监测到1000余次各类震动 老虎台煤矿也是冲击地压严重的矿井 每月震动次数达300余次 台吉矿存在岩爆 矿震 岩石冲击 冲击地压 地温热害等 是我国深井开采多种灾害并存的典型 2 5发展趋势严重1949年以前我国发生冲击地压的矿井只有2个 20世纪50年代增加到7个 60年代为12个 70年代为22个 80年代为32个 90年代为50余个 目前达142个 随着开采深度的增加 开采范围的矿大和开采强度的加大 近年来虽然采取了不少措施 但全国冲击地压矿井和总的冲击地压次数并未减少 因此 我国煤矿的开采实践看 冲击地压灾害将更加严重 3 冲击地压发生机理及条件3 1冲击地压发生机理冲击地压发生机理 是指冲击地压发生的原因 条件 机制和物理过程 在一定的地质因素和开采条件下 煤 岩 受外力引起变形 发生突然破坏的力学过程 学者研究得出的冲击地压的理论 强度理论 刚度理论 冲击倾向性理论 能量理论和变形系统失稳理论 我国学者李玉生在总结了强度理论 能量理论和冲击倾向性理论之后 结合国外研究成果提出了 三准则 理论 该理论认为 强度准则是煤岩体的破坏准则 而能量准则和冲击倾向性准则是突然破坏准则 因而只有当这三个准则同时满足时 才会发生冲击地压 齐庆新从煤岩体结构特牲出发提出了 三因素 机理 该理论认为 冲击地压多发生在断层 煤层变化等构造区域 冲击地压与煤岩体结构具有密切的关系 冲击发生除与内在因素 冲击倾向性 力源因素 高度的应力集中或高度的能量储存与动态抗动 有关外 煤岩体结构因素 具有弱面和容易引起突变滑动的层状介面 也是冲击发生的主要因素之一 这三因素是导致冲击地压多发生的主要因素 由于目前对煤岩体在受外荷载作用下发生细观断裂和破坏的机理认识不深 同时也对煤岩体内部微裂纹的扩展与冲击过程之间的关系还不明确 到目前为止对冲击发生过程的研究尚未达到机理清晰 规律明确的程度 新的理论体系尚未形成 如 三准则 理论并不具备可操作性 三因素 理论也不是独立的理论 它只是对冲击倾向性理论和能量理论的综合和发展 3 2冲击地压的影响因素冲击地压的发生与采动影响密切相关 但并不是只有采动影响就会发生冲击地压 引起冲击地压发生的影响因素分为三类 煤矿地质因素 开采技术条件因素 组织管理措施因素 3 2 1地质因素对冲击地压的影响3 2 1 1开采深度开采深度越大 冲击地压发生的可能性也越大 见图2 1 横坐标为采深 纵坐标为冲击指数Wt 即开采百万吨煤炭的冲击地压次数 从右图知 当采深H 350m时 发生冲击地压的可能性较小 350m H 500m时 在一定程度上危险逐步增加 采深从500m开始 随着开采深度的增加 发生冲击地压的次数急剧增加 冲击危险性急剧加大 当采深为800m时 冲击指数 Wt 0 57 比采深为500m时 Wt 0 04 增加了近14倍 我国四川天池煤矿的情况与此类似 如图所示 从图中可以看出 采深700m时发生冲击地压的次数大大高于采深400m时的次数 我国煤矿开采实践表明 矿井不是在开始投产时就发生冲击地压 而是在开采到一定深度后才发生冲击地压 通过综合分析我国部分冲击地压矿井的开采技术条件 表2 1列出了我国部分煤矿发生冲击地压的临界开采深度 由表2 1和图2 2可知 在中国煤矿的条件下 发生冲击地压的最小采深为200 540m 平均为380m 表2 1我国部分煤矿发生冲击地压的临界采深 3 2 2煤层的物理力学性质我国冲击地层矿井煤层的单轴抗压强度大于15MPa 坚硬 脆 自然含水率低 最大不超过4 3 2 3顶板岩层的物理力学性质我国冲击地压矿井的煤层顶板一般都坚硬 难冒 3 2 4煤岩层的结构 三硬 结构 即硬顶 硬煤 硬底结构 从冲击地压机理上分析 这是煤岩体内存储大量弹性变形能的前提条件 我国一部分冲击地压矿井的条件就是这种结构类型 如大同忻州窑矿 北京门头沟矿 枣庄陶庄矿 开滦唐山矿 新汶华丰矿 徐州三河尖矿等 硬顶 薄软煤层 硬煤层结构 即在硬煤层与顶板岩层之间存在薄软煤层结构 冲击地压多在煤层结构发生变化 煤岩层具有一定倾角的条件下发生 在我国主要冲击地压矿井都存在这种煤岩结构特征 软煤 硬煤 3 2 5地质构造地层的多次运动形成了各种各样的地质构造 如断层 褶曲 背向斜 煤层厚度变化带及岩性变化带等 在这些地质构造区附近 由于存在着地质构造应力场 通常使煤岩体的构造应力 尤其是水平构造应力增加 而直接导致冲击地压的发生 大量冲击地压实践表明 冲击地压常常发生在这些地质构造区域中 如向斜轴部 断层附近 煤层倾角变化带 煤层变薄带和构造应力带 3 3开采技术条件对冲击地压的影响开采技术条件对冲击地压的影响表现在两个方面 一是因为开采导致煤岩体的应力迅速增加 在一定区域 一定范围内形成高应力集中 达到了冲击地压发生的应力条件 二是原本具有高应力的煤岩体或接近极限状态的煤岩体 在采动条件作用下 诱发冲击地压 3 3 1采煤方法与巷道布置采煤方法 巷道布置形式 顶板管理方法的不同 煤岩体在掘进和采煤过程中矿山压力及其分布规律也显著不同 发生冲击地压的危险性也各异 开采近距离煤层群时 不同煤岩层之间存在着相互影响 这种相互影响在一定条件下就会导致煤岩体处于极限应力状态或出现高度的应力集中 最终发生破坏性的冲击地压 为了实现对冲击地压煤岩层的合理开拓布置 在开采设计阶段 就应该正确地 最大限度地选择合理的开采布置和最大限度地限制在采场或巷道附近形成高度应力集中 根据对冲击地压事故的资料分析 在采煤工作接近采空区或老巷40 50m范围内容易发生冲击地压 大多数事故出现在20 30m范围内 规则地进行采煤不留或少留煤柱 尽可能保证工作面成直线 不使煤层有向采空区冲击的地段 在煤层中掘巷量最少 限制采场和巷道附近的应力集中 等等 用房柱式开采法因顶板长时间不能冒落 矿山压力随工作面继续推进而增加 顶板下沉和底板鼓起也随之增大 这就可能造成潜在危险 煤层或矿柱上的不均匀载荷及其应力松驰可能使一些矿柱上应力水平提高很大 成为导致冲击地压的附加因素 这里必须考虑到自由面在应力波的多次反射中的影响 以及由此造成应力强度的放大作用 大量实践表明 长壁工作面是冲击地压煤层最有利的采煤方法 顶板及时垮落顶板管理方式对冲击地压的影响甚为显著 这是因为 顶板岩层的悬 断 垮 冒 直接关系到顶板岩层中弹性能的释放形式和向煤体传递应力和弹性能的能力 甚至直接关系到煤体是否会受到动载的影响 因为 动载的作用将会加剧冲击地压的发生 破坏更加剧烈 采用垮落法或采用人工爆破方法处理顶板后 由于顶板中的弹性能能够及时释放 冲击地压发生次数和强度均显著下降 3 3 2采掘顺序对冲击地压发生的影响采掘顺序直接影响煤岩层矿山压力的分布与大小 也直接影响冲击地压的发生 多煤层开采顺序多煤层即煤层群开采的条件下 通常采用下行开采 上层煤开采结束后 待煤岩体应力重新分布且稳定后再开采下层煤 能够保证下层煤应力的平稳与降低 从而起到降低冲击危险的目的 采用上行开采时 下层煤的开采将有利于对上层煤的解放 使之应力降低 从而降低冲击危险性 相反 如果上 下煤层同时且错距达不到协调开釆的要求 则上 下煤层开采会相互影响 煤岩体的应力将发生叠加 应力集中强度增大 冲击危险性增大 单一煤层采掘方向单一煤层开采时 如巷道和采煤工作面的相向推进 或在采煤工作面 煤柱中的支承压力带内掘进巷道 在工作面向采空区或断层带推进等 都会使应力发生叠加 从而引起冲击地压的发生 如图2 7所示 当两个工作面相向推进时 前方煤体的应力会不断因叠加而增大 此时 发生冲击地压的危险性也不断增大 当掘进工作面在煤柱中掘进时 由于煤柱区附近为应力集中区 因此 在该区域内进行掘进 必然会增大冲击地压发生的频率和强度 3 3 3煤柱对冲击地压发生的影响煤柱是产生应力集中的地点 孤岛形和半岛形煤柱可能受几个方向集中应力的叠加作用 从图2 8中可以清楚地看到 煤柱附近煤体应力集中程度大 因而在煤柱附近最易发生冲击地压 煤柱上的集中应力不仅对本煤层开采具有影响 还会向相邻煤层传递 对相邻煤层的应力条件构成影响 甚至导致冲击地压的发生 开采煤柱容易引起冲击地压 特别是回收煤柱的工作面接近采空区时也容易引起冲击地压 3 3 4其他开采条件对冲击地压发生的影响影响冲击地压的其他开采技术条件还包括残采区 停采线 采煤工艺过程 如爆破 采煤机割煤等 残采区和停采线残采区和停采线冲击地压发生影响较大 从统计结果看 89 的冲击地压发生在残采区 停采线 断层区域 采空区和开采面积当工作面接近已有的采空区 其距离为20 30m时 冲击地压危险性随之增加 如果工作面旁边有上区段的采空区 该采空区也使冲击地压的危险性增加 危险的最大位置在距煤柱10m左右 当采面接近老巷约15m左右时 冲击地压的危险性最大 在煤层开采面积增加的情况下 岩体的震动能量也随之增加 研究表明 当开采面积为3万m2时 释放的单位面积的震动能量最大 3 4组织管理对冲击地压的影响主要是指如何从组织管理角度采取适当的技术措施以保证将冲击地压的危害降低到最小程度 或因组织管理措施未认真实施而发生灾害性 破坏性冲击地压事故 例如 对于冲击地压煤层开采而言 应按相关规定采取一系列冲击预测与防治措施 才能使冲击地压预测与防治工程有效地进行如果在实际冲击地压的预测与防治实践中 没有按有关规定采取必要的措施和检测仪器进行预测 没有选择有效的冲击地压防治措施而发生冲击地压 则表明组织管理措施存在问题 直接导致了冲击地压的发生 3 5执行冲击地压防治规定 煤矿安全规程 对防治冲击地压的规定 1 一般规定第二百二十五条在矿井井田范围内发生过冲击地压现象的煤层 或者经鉴定煤层 或者其顶底板岩层 具有冲击倾向性且评价具有冲击危险性的煤层为冲击地压煤层 有冲击地压煤层的矿井为冲击地压矿井 第二百二十六条有下列情况之一的 应当进行煤岩冲击倾向性鉴定 一 有强烈震动 瞬间底 帮 鼓 煤岩弹射等动力现象的 二 埋深超过400m的煤层 且煤层上方100m范围内存在单层厚度超过10m的坚硬岩层 三 相邻矿井开采的同一煤层发生过冲击地压的 四 冲击地压矿井开采新水平 新煤层 第二百二十七条开采具有冲击倾向性的煤层 必须进行冲击危险性评价 第二百二十八条矿井防治冲击地压 以下简称防冲 工作应当遵守下列规定 一 设专门的机构与人员 二 坚持 区域先行 局部跟进 的防冲原则 三 必须编制中长期防冲规划与年度防冲计划 采掘工作面作业规程中必须包括防冲专项措施 四 开采冲击地压煤层时 必须采取冲击危险性预测 监测预警 防范治理 效果检验 安全防护等综合性防治措施 五 必须建立防冲培训制度 第二百二十九条新建矿井和冲击地压矿井的新水平 新采区 新煤层有冲击地压危险的 必须编制防冲设计 防冲设计应当包括开拓方式 保护层的选择 采区巷道布置 工作面开采顺序 采煤方法 生产能力 支护形式 冲击危险性预测方法 冲击地压监测预警方法 防冲措施及效果检验方法 安全防护措施等内容 第二百三十条冲击地压矿井应当按防冲要求进行矿井生产能力核定 提高矿井生产能力和新水平延深时 必须进行论证 采取综合防冲措施后不能消除冲击地压灾害的矿井 不得进行采掘作业 第二百三十一条冲击地压矿井巷道布置与采掘作业应当遵守下列规定 一 开采冲击地压煤层时 在应力集中区内不得布置2个工作面同时进行采掘作业 2个掘进工作面之间的距离小于150m时 采煤工作面与掘进工作面之间的距离小于350m时 2个采煤工作面之间的距离小于500m时 必须停止其中一个工作面 相邻矿井 相邻采区之间应当避免开采相互影响 二 开拓巷道不得布置在严重冲击地压煤层中 永久硐室不得布置在冲击地压煤层中 煤层巷道与硐室布置不应留底煤 如果留有底煤必须采取底板预卸压措施 三 严重冲击地压厚煤层中的巷道应当布置在应力集中区外 双巷掘进时2条平行巷道在时间 空间上应当避免相互影响 四 冲击地压煤层应当严格按顺序开采 不得留孤岛煤柱 在采空区内不得留有煤柱 如果必须在采空区内留煤柱时 应当进行论证 报企业技术负责人审批 并将煤柱的位置 尺寸以及影响范围标在采掘工程平面图上 开采孤岛煤柱的 应当进行防冲安全开采论证 严重冲击地压矿井不得开采孤岛煤柱 五 对冲击地压煤层 应当根据顶底板岩性适当加大掘进巷道宽度 应当优先选择无煤柱护巷工艺 采用大煤柱护巷时应当避开应力集中区 严禁留大煤柱影响邻近层开采 巷道严禁采用刚性支护 六 采用垮落法管理顶板时 支架 柱 应当有足够的支护强度 采空区中所有支柱必须回净 七 冲击地压煤层掘进工作面临近大型地质构造 采空区 其他应力集中区时 必须制定专项措施 八 应当在作业规程中明确规定初次来压 周期来压 采空区 见方 等期间的防冲措施 九 在无冲击地压煤层中的三面或者四面被采空区所包围的区域开采和回收煤柱时 必须制定专项防冲措施 第二百三十二条具有冲击地压危险的高瓦斯 突出煤层的矿井 应当根据本矿井条件 制定专门技术措施 第二百三十三条开采具有冲击地压危险的急倾斜 特厚等煤层时 应当制定专项防冲措施 并由企业技术负责人审批 2 冲击危险性预测第二百三十四条冲击地压矿井必须进行区域危险性预测 以下简称区域预测 和局部危险性预测 以下简称局部预测 区域与局部预测可根据地质与开采技术条件等 优先采用综合指数法确定冲击危险性 第二百三十五条必须建立区域与局部相结合的冲击地压危险性监测制度 应当根据现场实际考察资料和积累的数据确定冲击危险性预警临界指标 第二百三十六条冲击地压危险区域必须进行日常监测 判定有冲击地压危险时 应当立即停止作业 撤出人员 切断电源 并报告矿调度室 在实施解危措施 确认危险解除后方可恢复正常作业 停采3天及以上的采煤工作面恢复生产前 应当评估冲击地压危险程度 并采取相应的安全 3 区域与局部防冲措施第二百三十七条冲击地压矿井应当选择合理的开拓方式 采掘部署 开采顺序 采煤工艺及开采保护层等区域防冲措施 第二百三十八条保护层开采应当遵守下列规定 一 具备开采保护层条件的冲击地压煤层 应当开采保护层 二 应当根据矿井实际条件确定保护层的有效保护范围 保护层回采超前被保护层采掘工作面的距离应当符合本规程第二百三十一条的规定 三 开采保护层后 仍存在冲击地压危险的区域 必须采取防冲措施 第二百三十九条冲击地压煤层的采煤方法与工艺确定应当遵守下列规定 一 采用长壁综合机械化开采方法 二 缓倾斜 倾斜厚及特厚煤层采用综采放顶煤工艺开采时 直接顶不能随采随冒的 应当预先对顶板进行弱化处理 第二百四十条冲击地压煤层采用局部防冲措施应当遵守下列规定 一 采用钻孔卸压措施时 必须制定防止诱发冲击伤人的安全防护措施 二 采用煤层爆破措施时 应当根据实际情况选取超前松动爆破 卸压爆破等方法 确定合理的爆破参数 起爆点到爆破地点的距离不得小于300m 三 采用煤层注水措施时 应当根据煤层条件 确定合理的注水参数 并检验注水效果 四 采用底板卸压 顶板预裂 水力压裂等措施时 应当根据煤岩层条件 确定合理的参数 第二百四十一条冲击地压危险工作面实施解危措施后 必须进行效果检验 确认检验结果小于临界值后 方可进行采掘作业 4 冲击地压安全防护措施第二百四十二条进入严重冲击地压危险区域的人员必须采取特殊的个体防护措施 第二百四十三条有冲击地压危险的采掘工作面 供电 供液等设备应当放置在采动应力集中影响区外 对危险区域内的设备 管线 物品等应当采取固定措施 管路应当吊挂在巷道腰线以下 第二百四十四条冲击地压危险区域的巷道必须加强支护 采煤工作面必须加大上下出口和巷道的超前支护范围和强度 严重冲击地压危险区域 必须采取防底鼓措施 第二百四十五条有冲击地压危险的采掘工作面必须设置压风自救系统 明确发生冲击地压时的避灾路线 4 冲击地压危险性评价及预测技术4 1 冲击地压分类目前 国际上还没有形成统一的冲击地压分类方法和方案 我国冲击地压的分类方法有以下几种 原煤炭部1983年9月颁布采用两种分类指标 4 1 1根据破坏后果划分 一般冲击地压 对生产的破坏轻微 不需要进行修复 破坏性冲击地压 对生产造成一定的破坏 需要进行修复工作 冲击地压事故 由于冲击地压及其伴随现象 冒顶 瓦斯冲击等 造成的人员伤亡事故 或由于井巷或采场被破坏造成工作中断8h以上的冲击地压 2 根据引起的地震震级划分按里氏震级划分为6个等级 冲击地压按显现强度分级 4 2冲击危险性评价煤岩体具有冲击倾向性 并不表明一定会发生冲击地压 即使发生冲击地压 每个矿井发生冲击地压的危险程度也不一样 目前 我国还没有一个比较科学的冲击危险性评价方法 近年来 在借鉴 煤矿安全规程 等文件中 通过理论与实践研究 主要采用经验类比分析法 钻屑法 计算机模拟法和含水率测定法 根据冲击地压显现强度 将冲击地压强度分为6个等级 不同冲击危险等级 应采取的对策 1 微弱或无冲击危险 所有的采矿工作可按作业规程规定进行 2 弱冲击危险 所有的采矿工作可按作业规程规定进行 但采矿作业中要加强冲击地压危险状态的观察 3 中等冲击危险 下一步的采矿工作应与该危险状态下的冲击地压防治措施一起进行 而且至少通过预测预报以确定冲击地压危险程度不再上升 4 强冲击危险 此时应当停止采矿作业 不必要的人员撤离危险地点 应采取特殊条件下的综合措施及方法 采取措施后 通过效果检验无冲击危险后 方可恢复生产 4 3 冲击地压的预测预测预报是冲击地压防治工作的重要组成部分 对及时采取区域性防范措施和局部性解危措施 避免冲击危害十分重要 冲击地压的预测主要包括时间 地点和规模的大小 其方法 采矿方法 如综合指数法 数值模拟分析法和钻屑法等 采矿地球物理方法 如微震法 声发射法 电磁辐射法 振动法和重力法等 5 冲击地压防治技术冲击地压研究的最终目的就是有效地防止冲击地压的发生 从冲击地压的形成机理看 控制冲击地压灾害的发生 就是改变煤岩体的应力状态或控制高应力产生 以保证煤岩不足以产生失稳破坏或非稳定破坏 冲击地压防治包括两个方面 即已具有冲击危险煤岩层的冲击地压防治和目前尚未冲击危险但开采过程中可能发生冲击地压的防治问题 5 1防治冲击地压的原则 1 避免高应力的形成 调整开采顺序 采区和工作面布置 实现无煤柱开采 避免形成应力高度集中 2 保证与最大地应力方向平行采煤与掘进 当采掘工作面的方向与最大地应力方向垂直或较大倾角时 危险性则增大 3 扩大应力释放范围 以降低应力集中程度与应力释放速度 改进开采方法 使开采过程中的应力释放区域增大 从而避免局部应力的高度集中与冲击危险区域的形成 4 控制煤层存贮能量的条件 对煤层实施卸压钻孔 切槽 卸载爆破 使煤体应力峰值向煤岩体深部转移 5 控制顶板能量的突然释放与加载 如坚硬难冒顶板 实施爆破技术 可改变工作面周围煤岩层的应力分布 6 改善底板中的支承能力并加大煤层和顶板的变形 对底板切槽卸压 使底板及时破坏 避免煤岩层中能量的高度积聚与突然释放 7 优先开采无冲击倾向性和无冲击危险煤层 8 最大限度地降低构造对冲击地压的影响 加固软弱层使煤岩体形成稳定结构 5 2 冲击地压解危技术5 2 1煤层卸载爆破技术是在煤层中实施钻孔爆破 以消除或减缓冲击危险 煤层卸载爆破可分为煤层松动爆破 卸载爆破和诱发爆破3种形式 松动爆破是在煤层中尚未形成高应力集中或不具有冲击危险但预测采煤过程中有危险区 卸载爆破是对已形成冲击危险区 使煤体中应力下降 煤体中支承压力峰值向煤体深部转移 从而降低冲击危险 煤层诱发爆破是对具有较高冲击危险的煤体实施爆破 爆破的动力作用一是使爆破孔附近一定范围的煤体产生裂隙 其结构发生改变 二是对远离爆破孔的煤岩体产生扰动或者引起诱发冲击 爆破的静态作用爆破的动态过程是极其短暂的 动态过程结束后 爆破孔周围煤岩体将形成三个区域 破坏区 裂隙区 非破坏扰动区 它们依次远离爆腔 煤层卸载爆破后 煤岩体的承载能力降低 应力重新分布 形成卸载区域 减弱或消除煤体的冲击危险性 1 开采前大直径深孔钻卸压的 2 开采前群孔深孔卸压的钻具 目标 开采前让顶板和底板在深部预裂 同时为深部煤体的冲击创造释放空间 5 2 2煤层注水技术煤层注水包括顶板注水 压注各种化学溶液 水能够使煤岩体的性质产生重大变化 实验证明 注水后煤的结构发生变化 导致强度下降 冲击倾向性减弱甚至完全失去冲击能力 煤体积蓄弹性能的能力下降 而以塑性变形方式消耗弹性能的能力增强 因此 煤层中储存的可恢复弹性能减少了 典型注水实验室测定结果如表4 1 煤的冲击倾向性测试结果 注水方法的使用条件 煤层具有一定的孔隙率和亲水性 煤层赋存较稳定 能够保证钻孔施工和成孔后的孔壁稳定 煤层和顶底板较完整 无断层等较大的泄水通道 顶底板不是遇水膨胀软化的岩石 另外 实行预注水需有钻孔作业场地 而煤层卸载注水钻孔和注水施工都有一定难度 不易成功 常以生产工序有矛盾 5 2 3深孔断顶爆破技术顶板坚固难冒 煤层也很坚硬 形成顶板 煤体 底板三者组合的 刚度很高的承载体系 具有聚集大量弹性能的条件 当岩体载荷超过其强度就发生冲击地压 通过顶板巷道对顶板进行深孔爆破 人为地切断顶板 进而促使采空区顶板冒落 消弱采空区与待采区之间的顶板连续性 减小顶板来压时的强度和冲击性 5 2 4定向水力致裂技术定向水力致裂技术就是人为地在岩层中 预先制造一个裂缝 在较短的时间内 采用高压水 将岩体沿预先制造的裂缝破裂 在高压水的作用下 岩体的破裂半径范围可达15 25m 有的更大 采用定向水力致裂法可简单 有效 低成本地改变岩体的物理力学性质 将坚硬厚层顶板分成几个分层或破坏其完整性 在煤体中制造裂缝 有利于互斯抽放 并减少开采时产生煤尘 定向水力致裂法有两种 即周向预裂缝及轴向预裂缝 为了达到较好的效果 周向预裂缝的直径至少应为钻孔直径的两倍以上 且周向预裂缝钻头要尖 高压泵的压力应在30MPa以上 流量应在60L min以上 而轴向裂缝法则是沿钻孔轴向制造预裂缝 从而沿裂缝将岩体破断 5 2 5钻孔卸压技术在煤岩体未形成高应力集中或不具有煤与互斯冲击以前 实施卸压钻孔 使煤岩体不再具有形成高应力集中的条件 从而避免煤与互斯冲击的发生 假如己经形成高应力集中或煤与互斯危险区域 实施卸压钻孔 使煤体的应力集中程度降低 煤与互斯冲击的危险性下降 钻孔卸压技术在使用过程中 由于钻孔相对较大 孔径95mm以上 在煤岩体应力较高的条件下 容易发生煤与互斯冲击 因此 一定要迭择好实施钻孔卸压的时机和位置 对煤与互斯危险性较高的区域 可以使用远程遥控钻机实施钻孔卸压 5 3冲击地压防范技术5 3 1合理布置与分区开采技术 冲击地压煤层开采的基本原则开采煤层群时 开拓布置应有利于保护层开采 首先开采无冲击危险或冲击危险性小的煤层作为保护层 且优先开采上保护层 如抚顺 辽源等矿 厚煤层上行水砂充填法开采 作为保护层的第一分层开采都尽量布置在冲击危险性小的煤层 合理的开采顺序 最大限度地避免形成煤柱等应力集中区煤柱承受的压力很高 特别是岛形或半岛形煤柱 要承受几个方面的叠加应力 最易产生冲击地压 上层遗留的煤柱还会向下传递集中应力 达到相当大的深度 导致下部煤层开采发生冲击地压 山东陶庄在回收煤柱时发生冲击地压占全矿的29 8 唐山矿 城子矿约占一半 龙凤矿两侧为采空区的工作面在采煤中 发生冲击地压次数多 采区应朝一个方向推进 避免相向开采 相向采煤时上山煤柱逐渐减小 支承压力逐渐增大 陶庄矿在上山附近发生了17次冲击地压 而且相向采煤又要被迫在高应力冲击掘进枪眼 水采 造成冲击地压频繁发生 占总次数的60 采取了单翼采区跨上山采煤的方法 并把单区段开采程序该为多区段联合开采程序 使采掘在不同区段中交替进行 实现了沿采空掘枪眼 避免了在高应力区掘进和维护枪眼 地质构造特征部位的开采程序采取能避免或减缓应力集中和叠加的开采程序 在向斜和背斜构造区 应从轴部开始采煤 在构造盘地应力从盘底开始采煤 在有断层和采空区的条件下采用从断层或采空区开始采煤的开采程序 主要巷道布置在底板岩层在有冲击危险的开拓巷道 准备巷道 永久硐室 主要上 下山 主要溜煤巷和回风巷应布置在底板岩层或无冲击危险煤层中 以利于维护和减小冲击危险 采煤巷道应尽可能避开支承压力峰值范围 采用宽巷掘进 少用或不用双巷或多巷同时平行掘进 长壁 垮落法管理顶板开采冲击危险煤层房柱式等柱式采煤法由于掘进的巷道多 在采空区遗留的煤柱多 顶板不能及时充分地垮落 造成支承压力较高 增加了冲击的危险性 采用长壁式开采方法 由于采空区中不留煤柱 则有利于减缓冲击地压的危害 工作面支架采用具有整体性和防护能力的可缩性支架 冲击地压煤层开采的技术原则在冲击地压煤层开采过程中 除严格遵守基本原则外 还应遵守以下技术原则 在冲击危险区的煤层中掘进和采煤时 必须始终在煤层的保护带范围内进行 确保保护层的宽度不小于3 5倍采高 煤层应力过度集中时 必须进行解危处理 否则不得进行采煤和掘进工作 应避免在支承压力峰值区掘进巷道 在煤层中双巷掘进时 两条平行巷道之间的煤柱不得小于10m 联络巷须与巷道成直角 两条巷道掘进工作面的前后位置错距不小于50m 相向掘进的巷道相距30m时 必须停止一个头掘进 停掘的巷道要加固 继续掘进的巷道除加强支护外 冲击地压危险严重时 还必须采取卸压措施 煤层巷道应采用宽巷掘进 巷道支护应采用可缩性拱形或环形金属支架 严禁采用混凝土支架和刚性金属支架 在破碎顶板条件下 支架间顶帮必须插严背实 新采区投产要保持合理的开采顺序 避免形成 孤岛区 或 孤岛工作面 同一煤层相邻阶段的工作面向同一方向推进时 错距不得小于150m 采煤时 在采空区中不得留有煤柱 必须留设煤柱时 煤柱的尺寸和位置以及影响范围必须标明在采掘工程图上 采煤工作面一般应保持直线式 台阶式工作面的台阶错距不应大于3m 分层开采厚煤层时 分层平巷应内错布置 上 下分层平巷轴线距离至少不小于3倍巷道宽度 上 下分层切眼间距至少应内错5m 每个分层工作面应先于上分层工作面停采线至少5m停采 厚煤层采用一次采全厚大采高开采和综放开采时 尽可能将巷道沿底布置 冲击危险区域因支承压力影响范围的扩大而应扩大到采煤工作面前方80 120m 厚煤层采用分层综放开采时 第一分层巷道应注意加强支护 尤其底板煤层较软时 应对底板适当加固 采用垮落法管理顶板时 应选用强力液压支架 采用单支护时 必须加强切顶线支护强度 并回收采空区所有支柱 在一般情况下 掘进与采煤工作面的躲炮直线距离不小于150m 躲炮时间大于30min 在作业规程中应明确规定躲炮地点 掘进与采煤作业规程应包括工作地区的冲击危险级别 地质构造说明与简明图表 上层采动边界位置图 掘进与采煤方式 循环进度 支护形式 加强支护的措施 防治