浅谈煤矿冲击地压防治技术研究与应用

1、浅谈煤矿冲击地压防治技术研究与应用    摘要：通过对煤矿发生冲击地压现象的现状、特点及影响因数分析，提出并制定了适合条件的冲击地压危险预测方法和解危措施 关键字：冲击地压；解危措施；效果检验；安全开采。 Abstract: through the analysis of coal mine rockburst phenomenon present situation, characteristics and influence factor analysis, put forward and make the prediction method and

2、 controlling measures of rockburst hazard for conditions Keywords: rockburst; controlling measures; effect evaluation; safety mining. 中图分类号：TD3 文献标识码：A 文章编号： 1. 冲击地压的特征 冲击地压是采场周围煤岩体,在其力学平衡状态破坏时,由于弹性变形能的瞬间释放而产生一种以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象。冲击地压是一种特殊的矿山压力显现。其显现强度特征一般为弱冲击、强冲击、弹射、矿震、岩爆、煤炮、冲击波、弹性振动等,常伴有煤岩体抛出、巨响及

3、气浪等现象;其发生突然剧烈,冲击波力量巨大,瞬间摧毁巷道、采煤工作面和设备,伤击人员。 煤矿冲击地压显现主要表现在2个方面: 一、是矿井表现出明显的动力现象，在巷道的开拓掘进与工作面生产过程中经常听到煤炮声； 二、是部分巷道围岩稳定性较差，巷道支架损坏、底鼓严重、两帮变形量增大，巷道维护困难。通过某煤矿的现场观测和矿压资料收集，对煤矿的矿山压力现象进行了总结，其特点如下： 1、突发性、偶然性。例如某矿九采区已开采完5个工作面，未发生过冲击地压事故，该次事故发生前现场也没发现应力变化的前兆信息，事故具有明显的突发性、偶然性。 2、瞬时性。破坏过程持续时间相当短暂，并产生了强烈震动，强大的冲击波造

4、成了大量煤尘飞扬，发出振动和响声，巨大的能量在瞬时被释放。 3、巨大的破坏性。动力现象发生后损坏支架、破坏巷道甚至造成人员伤亡。巷道顶底板、两帮移近量大，巷道破坏较严重。 4、有别于瓦斯突出。在动力现象发生后，通过现场进行瓦斯含量测量发现瓦斯含量没有明显增加，这就否定了煤与瓦斯突出的可能性。 2冲击地压发生的原因 冲击地压发生原因有内因、外因两种因素:内因包括煤层本身的物理属性、煤层原岩应力状态;外因包括采深、采动集中应力(主要为超前支承压力、煤柱集中应力等)、放炮诱发等。 （一）冲击地压发生的内因 1、煤层具有冲击倾向性 冲击地压的发生与煤岩体物理力学性质有直接关系。煤炭科学研究总院北京开采

5、研究所对华丰煤矿4层煤冲击倾向性试验结果表明,华丰煤矿4层煤具有强烈冲击倾向性,其直接顶具有中等冲击倾向性。 2、砾岩活动是发生冲击地压的主要力源 该煤矿4层煤上方基本顶为70余米厚的砂岩层,随着工作面的推进周期性跨落;其上为40余米厚的红土层,随基本顶的跨落而弯曲下沉;再上部为500800 m的巨厚砾岩层,砾岩层完整性较强,抗压及抗拉强度均较大,采后不易冒落下沉,导致砾岩层与红土层之间产生离层空间。随着采空面积的加大,巨厚砾岩层形成板状悬空岩梁,砾岩层原来的应力状态发生改变,从而增加了未采4层煤的应力水平。当板状砾岩层悬露面积达到一定程度后,开始缓慢下沉并周期性断裂跨落,砾岩层的断裂跨落对下

6、部的煤岩体产生冲击载荷,从而加剧了4层煤工作面煤体的应力集中程度,导致4层煤工作面冲击危险增强,因此,巨厚砾岩层是发生冲击地压的主要力源。 （二）冲击地压发生外因 1、采深大应力高 该煤矿首次冲击地压发生在-538 m水平,垂深为668 m,即冲击地压发生临界深度为668m,开采大于该深度就有可能发生冲击地压。目前矿井最大开采深度为1230m, 4层煤工作面开采深度已达970m,已远远超过该深度。随着4层煤工作面采深的加大,自重应力已超过4层煤的抗压强度,较高的原岩应力易使煤体产生应力集中而破坏。 2、煤柱集中应力的影响 为满足煤层防火的要求,相邻采区之间和上下阶段之间留有采区和阶段隔离煤柱,

7、现场实测和数值计算结果表明, 4层煤柱应力集中峰值范围为712m,当煤柱尺寸>12 m后,在煤柱内部将产生叠加应力,从而为煤柱冲击提供了基础应力条件。 3、工作面采动集中应力和周期来压的影响 观测结果表明, 4层煤工作面超前支承压力集中范围为535m,应力集中系数为2. 5,但上方砾岩层的超前压力影响范围达120m。因此, 4层煤工作面采动集中应力对工作面影响较为明显。4层煤分层开采时上分层工作面周期来压强度最大达510 kn/m2,来压较为强烈。据不完全统计, 4层煤冲击地压83%发生在顶板来压期间,且对工作面超前压力影响范围破坏最为严重。 4、工作面推采速度的影响 回采工作面推采过大

8、后,工作面煤体集中应力得不到及时释放,容易造成应力集中,因此工作面推采速度也是影响冲击地压发生的因素之一。 (5)放炮诱发 回采工作面放炮容易造成煤岩体能量释放,因此工作面放炮是诱发冲击地压的主要工序,据统计,煤矿放炮诱发冲击地压占75%以上。 3冲击地压的影响因素 随着煤矿开采深度的逐年增加，煤岩动力现象逐渐显现并趋于严重。对击地压发生的原因是多方面的，通过系统的分析翻究总结影响该煤矿煤岩冲击现象的主要因素为： 1、煤(岩)的性质。该煤矿煤的冲击倾向性为强冲击倾向。 2、围岩性质。主要是顶板岩性和厚度及其吞煤层开采后的可冒性，是影响冲击地压的重要因素。特别是基本顶为厚层砂岩或其他坚硬岩层、确

9、板也是坚硬岩层结构的煤层更具冲击危险性。 3、开采深度。开采深度愈大，煤体应力愈高，煤体变形和积蓄的弹性能也愈大。该煤矿93上04工作面目前开采深度在685 m，具有开采深度大的特点。 4、地质构造的影响。通常，在地质构造带日中尚存有一部分地壳运动的残余应力，形成构造力。在煤矿中常有断层、褶曲和局部异常带，冲地压常发生在这些构造应力集中的区域。该煤矿西部基本上是一单斜构造，故垂直和水平应力均，压应力，最易发生冲击地压现象。 5、采煤方法的影响。采用综放开采技术进季生产的矿井，其影响范围大(一般工作面超前承压力影响范围达60 m以上)，应力绝对值增加但集中程度降低。相对而言，综放开采工作面的冲击地压危险性比单一煤层或分层开采的工作面的击地压危险性小一些，但由于其影响范围大，故工作面周围的冲击地压危险性将会升高。 6、煤柱的影响。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，因而在煤柱附近最易发生冲击地压。该煤矿93上04工作面采用3条巷道布置且中间巷沿3上层顶板布置，中间巷与回风巷及运输巷的距离分别为60，91 m，开采煤层平均厚度521 m，所以中间巷与回风巷的煤柱宽度正处在煤柱冲击危险的临界宽度范围内。 总结: 本文提出了实用的冲击地压的评价及预测方法、实用解危措施和相应冲击压治理效果检验措施以及冲击地压应急预案