某矿业公司深部开采动压灾害的防治实践

某矿业公司深部开采动压灾害的防治实践开滦赵各庄矿业有限公司地处唐山市东北32公里（北纬39°

45ˊ，东经118°24ˊ），始建于1906年。该公司矿井是国内外急倾斜煤层最深的矿井之一。开采和开拓深度已达1154.5m（十三水平）。目前生产区域集中在十二水平和十三水平，十四水平正在进行设计。

随着矿井采深的逐步增大，矿山压力也进一步增大，动压灾害发生的频率及强度均呈现增强趋势，已经严重威胁到安全生产，在目前的技术水平下，如何对动压灾害进行有效的防治，是该公司亟待解决的难题。

1

赵各庄矿地质及矿山压力概况

1.1

地质概况

开滦赵各庄矿业公司矿井地质构造比较复杂，构造形式以断裂为主，其次为褶皱。在井田西翼主要发育压扭性断裂，井田东翼主要发育张扭性断裂，此外还有大量局部应力场所产生的断裂。在大断层附近伴生小断层较多，对采掘的影响较大。井田自东向西岩层走向和倾角发生较大变化，特别是倾角由缓斜到倾斜、急倾斜直至倒转。根据《矿井地质规程》地质构造复杂程度定为Ⅱ类。矿井为煤与瓦斯突出矿井。目前开采的为7、9、12-1、12-2煤层。

1.2

矿山压力概况

在赵各庄矿11水平（-900）西翼1503石门第13煤层的底板青灰色砂岩中设点，采用应力解除法观测，测点距地表深度952m。实测最大主应力85.4MPa，方向倾角0.89°，方位角273.6°，即基本为水平方向，在平面上为近东西方向，自重应力为25.7MPa。水平主应力是垂直应力的3.3倍。受地质构造及地层沉积影响，井田内构造应力的分布非常不均，井口开阔向斜轴部区域是地质结构体应力集中程度相对较高的地方。西翼断裂构造发育区，不利于应力积聚，就整体而言，西翼区域由东而西构造应力逐渐减弱。东翼地层沉积速度快，煤层顶板岩层分层厚度较小，蕴藏地质应力潜能较弱。

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赵各庄矿深部开采动压现象

进入深部开采后，随着开采深度的逐年增加，矿山压力进一步增大，“煤炮”、“板炮”等动压现象发生的频率、强度、范围都呈现增高、增强、增大的趋势。例如12水平西翼2337东工作面在1995年6月24日发生了一次较强的动压现象，自工作面出口以外53.8m范围内巷道断面缩小到300mm高，巷道内金属拱型支架均有不同程度的损坏，其中严重破坏范围为35m。该事故造成巷道内一人死亡。赵各庄矿业公司地震台同时纪录到在古冶附近发生ml2.6级地震。2005年2月16日，在13水平西翼1石门3137综采工作面发生了一次较为明显的动压显现，现场支架多处发生支架移动、锚杆钢带断裂、锚索失效等现象，同时伴有煤尘飞扬。唐山市地震局台网同时测定在卑家店发生ml1.7级地震。2006年1月3日，13水平西翼2石门3237综放工作面范围发生一起动压现象，巷道多处地点发生冒顶，阻塞巷道，现场人员有强烈的瞬时震感，并伴有冲击波和大量煤尘飞扬，同时该公司地震台测到在开平至陡河间发生ml3.6级地震。经与构造地震、地面爆破波形对比，三次地震均属于属浅源地震和矿震系列。

上述动压显现的典型案例，均集中在矿井西翼宽缓向斜核部附近，煤层由倾斜向急倾斜的过渡区。但就整个矿井而言，12水平、13水平几乎所有的生产区域在进行采掘活动时，均有强度大小不等的“煤炮”、“板炮”发生。

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动压灾害发生的统计规律

由于对赵各庄矿的动压灾害的研究仍处于初步阶段，因此，对于灾害的发生规律性还需要进一步探索。通过对大量动力现象的统计分析，可以初步判断动压灾害的发生具有以下特点：

a.

动压灾害发生的区域主要分布在11水平、12水平、13水平的西翼1～3石门之间，集中在开阔向斜的轴部区域。井口开阔向斜轴部、次级向(背)斜区域及煤岩层产状变化较大部位是构造应力较为集中区域，如果在采动压力诱发下，易发生动压灾害。b.目前，矿井采深已达-1100，属于深部开采。随着开采深度增大，煤层积聚的弹性能增加。动压灾害的发生与采深直接相关。c.地压动力现象伴随地震发生，说明该矿井处于当今地质构造的活动区域内，构造的活动引起局部构造开采区域的应力变化。4

动压灾害预测4.1

危险区域划分法依据浅部开采的动压显现与地质条件的关系，对深部动压地质危险区域进行地质区划，在采区的准备和生产中，根据采掘工作面揭示的详细地质资料不断预测和补充动压地质区划的区域，并利用在不同地质条件、不同开采条件下的煤层开采发生动压的显现特性，并对以往发生动压的认识作出规律性的总结，对动压危险进行预测。4.2

钻屑法在该公司动压危险倾向性预测中，钻屑法是现场使用最多的一种方法，常常用来监测采掘空间围岩的动压危险倾向性。其方法是在煤层中施工直径42mm的钻孔，钻孔深度通常为6～8米，通过对钻粉变化率、施工过程中动力现象等指标的分析，对采掘空间围岩的动压危险倾向性进行评估。4.3

电磁辐射法利用KBD5型电磁辐射仪及配套软件进行分析预测。由于在具体实施过程中，每一种预测方法都有其本身的局限性，因此，就目前该公司技术水平而言，尚无法对动压灾害的发生做出精确的预测。5

动压灾害的防治措施5.1

震动爆破根据预测结果，在特殊地点及附近进行震动爆破降低或消除动压显现威胁。通常打眼使用矿用煤电钻和1米麻花接杆钻杆及配套φ42mm钻头，炮眼眼深6～7m，炮眼间距5m，炮眼距离巷道底1～1.5m。每眼装药长度为眼深的三分之一，药量2.1kg，炮眼装药后，使用两个水炮泥，外部剩余部分用黄泥封满。同时布置6～8孔。连线方式采用串联，正向一次起爆。5.2

煤层注水采用钻机施工孔径φ42mm的钻孔，长度一般为15m，间隔15m。封孔后利用静压或动压水对煤体注水，由于受煤体的渗透性影响，效果通常不太理想。5.3

泄压钻孔在预计可能出现的应力增高区施工φ90～110mm的钻孔，长度一般为15m，间距为钻孔直径的10倍。来降低采掘空间周围的应力。6

3237工作面动压灾害防治实例6.1

灾害简况2006年1月3日，3237工作面范围初采期间发生了一起较大的“煤炮”现象，巷道内大量金属拱形支架下缩，其中运输道多处地点发生冒顶，局部巷道阻塞，现场工作人员有强烈的瞬时震感，并伴有冲击波和大量煤尘飞扬。6.2

防治工作体系公司对动压灾害的防治工作高度重视，建立有较为完善的动压防治工作体系。成立由生产技术部（含调度室）、安全管理部、通风区、地测科、采煤区等相关单位、人员组成的动压灾害综合防治小组（以下简称综合防治小组），在公司经理的直接领导下开展工作。综合防治小组下设4个紧密联系的工作单元：a.技术支持单元:负责对动压区域的矿压显现、水文、地质、通风、瓦斯、地震等资料进行分析研究，制定相应的技术方案，为动压工作面区域动压显现灾害的防治提供技术支持。b.预测监测单元:负责对现场矿压显现、通风瓦斯等情况的预测监测，为动压工作面区域动压显现灾害的防治提供现场第一手资料。c.实施落实单元:负责防治动压显现灾害的各项方案、措施、计划的实施落实。d.安全监察单元:负责动压工作面区域各项工作的安全监督、监察。综合防治小组定期召开会议，研究分析生产动态和各类安全技术防范措施，落实动压显现防治的各项工作进展情况，指导安全生产。6.3

分析与对策6.3.1分析由于3237工作面的开采方法已经确定，对动压的防治只能采取区域性的、局部的防治和解危措施。经分析后认为，经过1月3日的动压显现后，煤岩体内的能量得到了一定程度的释放，但3237区域可能仍有潜在的高应力区，工作面投入回采后，工作面区域的煤岩体应力将重新分布，工作面前方超前压力影响范围，在老顶初次来压时、周期来压时还有可能产生新的高应力区，形成潜在的动压危险。6.3.2对策6.3.2.1

动压危险预测预报工作面开采前，主要采用钻屑检测法对动压危险性进行检测、预报，辅助采用钻孔应力计、电磁辐射仪对动压危险性进行检测、预报。工作面开采后，采用钻孔应力计对可能存在动压威胁的区域进行观测，同时使用KBD5型电磁辐射仪，对整个工作面区域的矿压显现进行动态跟踪观测，并辅助采用钻屑检测、巷道变形观测等手段对可能存在的动压危险性进行检测、预报。6.3.2.2

动压危险防治措施对上述可能存在动压显现危险的区域，采用震动爆破、煤体注水、打卸压钻孔的方法，降低或消除高应力区动压显现危险。6.3.2.3

防治措施效果检验采取松动爆破、煤体注水等措施后，继续采用钻屑检测法、钻孔应力计、电磁辐射仪等手段对防治措施的效果进行检验，对动压危险倾向度重新评估。若检测指标超过临界值，则继续采取动压危险防治措施，若检测指标小于临界值，采取安全防护措施后可以生产。采取安全防护措施主要包括：a.对巷道支架进行维修、加固工作。巷道拱形支架使用正规松木背板背严，两帮背板间距不大于200mm。顶、帮空处要使用木料或装煤编织袋填严，巷道支架卡缆扭矩不小于150Nm。拱型支架卡缆使用双层塑料网遮挡好。b.加强工作面各巷道断面清卧，多余设备、材料及时运走，保持巷道畅通。所有的可移动机电设备和暂时不能运走的材料使用锚链或铁丝拴牢在附近的拱形支架棚腿上，人员停留时，要躲开器材、设备存放处。c.各种管线吊挂整齐、牢固，电缆吊挂要留有余量。d.保持瓦斯监控、断电系统稳定、连续、可靠运行。保持灭尘系统、隔爆设施齐全有效，风门、风墙等通风设施牢固可靠,加强3237区域的通风、瓦斯情况的检查工作，发现异常及时汇报。e.由专人负责每班加强巷道撒水灭尘工作，使巷道、工作面始终处于湿润状态。f.加强机电设备的检修、查验工作，杜绝设备失爆。g.现场严格执行“一班三汇报”制度，向调度室汇报清楚当班的安全、生产情况，遇有特殊征兆、发生特殊情况要随发现随汇报，不得延误。h.生产单位尽量减少3237区域同时作业的人数，并做好该区域进出人员的登统工作。i.施工单位加强对现场