冲击地压形成的几种条件分析.pdf

互．鹾晨 l技 2 0 1 0 年 第3 期 冲击地压形成 的几种条件分析 石 磊 龙煤集 团七 台河分公 司桃山煤矿 ， 黑龙江 七台河1 5 4 6 0 0 摘要矿井发生冲击地压往往是由于在煤岩体局部产生程度较强的应力集中， 反过来讲， 煤岩体内产生较强的应力集中乃是冲击地压发生 的一个先决条件。该 文就冲击地压形 成条件 ， 对开采深度、 构造应力和瓦斯压力、 坚硬顶板煤柱进行 了分析。 关键词 冲击地压 开采深度构造力 瓦斯压力 坚硬顶板煤柱 中图分类号 T D 3 2 4 ． 1 文献标识码A 煤岩层冲击倾 向性测定主要是判断煤岩层是否 具有积聚大量能量并在破坏时瞬间释放的基本属性。 评价煤岩层的冲击倾 向的指标主要有弹性能量指数、 冲击能量指数、 煤的动态破坏时间、 弯曲能量指数等。 这种方法在我国和波兰应用最为广泛， 特别是在我国， 几乎所有冲击地压矿井都要进行冲击倾向性测定。 1开采深 度 冲击地压存在一个开始频繁发生的临界深度， 即 在小 于此深度开采 时 ， 尽管也可能发生 冲击地压 ， 但都 是零星 的， 当大 于此深 度 开采 时 ， 冲击地 压会 频繁 发 生。新汶矿区华丰煤矿冲击地压频繁发生的临界开采 深度是 5 2 5 m； 北京门头沟矿冲击地压频繁发生的临 界开采深度是 4 0 0 m； 抚顺矿区老虎台煤矿冲击地压频 繁发生 的临界开采深度是 6 3 0 m。兖州 矿区冲击地压 发生的临界开 采深 度大 约为 7 0 0 m。冲击 地压发 生频 度与采深随时间变化 图见 图 l 所示。 I _ _ 神击地压矿井平均开采深度 ◆ ～ 冲击地压矿井数量 图 l 冲击地压矿井数量与采 深随时间变化 2 构 造应力 、 瓦斯压 力 构造应力的作用常常是冲击地压的重要原因。构 造应力场有 以下特点 1 地壳运动以水平挤压运动为主， 因此构造应 力以水平压应力占优势。 2 构造应力分布很不均匀， 各点主应力的大小 收稿 日期 2 0 1 0一 O 1 1 2 作者简介 石磊 1 9 7 0一 ， 男 。 汉族 ， 七 台河人 ， 1 9 9 2年毕业 于黑龙 江矿业学 院采矿专业 ， 工程师 。 和方 向往往有很大变化。 3 岩体 中的构造应力具有明显的方向性， 通常 两个相互垂直的水平应力是不相等的。 4 岩体中水平构造应力可能比自重造成的水平 应力大几倍到几十倍， 在浅部开采时， 构造应力有可能 比自重应力更重要 。 5 构造应力多出现在坚硬岩层中。这是因为软 岩强度低 ， 易于变形， 在外力作用下， 常常产生塑性变 形甚至破坏 ， 其 中所贮存 的变形能 也就 随之 消耗 。坚 硬岩层则相反， 地壳构造运动使岩层弯曲形成背斜与 向斜构造 ， 往往可以聚集大量的能量 。 构造应力场研究是一个 复杂 的课 题 ， 目前 还无 法 用数学力学方法进行计算， 只能通过岩体应力观测， 构 造形迹分析和巷道变形特征分析的综合方法进行研 究。因此， 工作面的采动产生的采动应力与构造应力、 瓦斯压力 的叠加势必增 加冲击地压发生的可能性 。 3坚硬 顶板 坚硬难 冒顶板 的存在 是造 成 冲击地 压 的主 要原 因 。由于顶板坚 固难 冒， 煤层也很坚硬 ， 形 成顶板 一 底 板 一 煤体三者组合的高刚度承载体系。具有聚集大量 弹性能的条件， 一旦承载系统中岩体载荷超过其强度， 就发生剧烈破坏和冒落， 瞬时释放出大量的弹性能， 造 成冲击、 震动和暴风。岩石越坚硬 ， 刚度越大， 塑性越 小， 相对脆性就高， 破坏时间短促， 发生冲击地压的危 险性就大 。 针对这一 现象 ， 可 以通过对顶板进行爆破 ， 人 为地 切断顶板， 进而促使采空区顶板冒落， 削弱采空区与待 采区之间的顶板连续性， 减小顶板来压时的强度和冲 击性 。此外 ， 爆破可以改变顶板的力学 特性 ， 释放顶板 所集聚 的能量 ， 从而达到防治冲击 地压发生 的 目的。 4煤 柱 矿井发生冲击地压往往是由于在煤岩体局部产生 程度较 强的应力集中 ， 反过来讲 ， 煤岩体 内产生较 强的 应力集中乃是冲击地压发生的一个先决条件。在开采 布置中， 区段煤柱便成为应力集中的主要区域， 煤柱内 能够产生应力集 中， 因而煤柱附近区域往往是 冲击地 2 0 1 0 年第3 期 量蠛晨 斜l技 2 0 1 多灾害矿井瓦斯异 常 区综合 治理技 术 张士 同 ， 张 庆和 莱芜市万祥矿业有限公 司潘 西煤矿 ， 山东 莱芜2 7 1 1 0 7 摘要通过对潘西煤矿后六采 区特殊瓦斯地 质条件 的研 究、 分 析， 制定 了一套以治理 瓦斯为 主、 以防尘、 防火次之 的科 学、 经 济、 实用 的瓦斯 综合治理技术 ， 实现 了安全高效的监测、 控制和疏散 瓦斯 ， 实现 了矿井的高产 、 高效。 关键词 瓦斯异常 区 综合 治理 技术 中图分类号 T D 7 1 2 ． 5 4 文献标识码B 潘西煤矿采深已达 1 0 0 0 m。历年来被鉴定为低瓦 斯矿井 ， 但井 田内存 在瓦 斯异 常 区， 属 于水 、 火 、 瓦斯 、 煤尘、 顶板五大 自然灾害并存的矿井。随着矿井开采 深度加大 ， 瓦斯绝对涌 出量和 相对涌 出量都有所 增加 ， 个别 区域多次 出现 了瓦斯 涌 出异 常现象 ， 构成 了矿 井 安全生产 的重 大 隐患 。该矿历 史上 曾 因瓦 斯 、 煤 尘 积 聚发生过两起瓦斯 、 煤尘爆炸事故 。 一 7 4 0 m 水 平 后六 采 区， 主采 煤层 为 第 l 9层 煤 。 采区内断层、 裂隙发育， 构造较复杂， 瓦斯保存较好 ， 为 本矿井 的瓦斯异 常 区， 是 重点 瓦斯 管理 区。后 六 采 区 设 计为 单翼 开采 ， 可采储 量 4 5 0万 t ， 采 区平 均走 向 长 2 0 5 0 m ， 平均倾斜宽 1 0 8 0 m ， 因受底板 奥灰 水威胁 ， 矿 井采取反程序 开采 ， 在 采区最 下部打钻放水 ， 以起 到疏 水 降压 防治水 的 目的。因此 ， 6 1 9 6工作 面作为该 采 区 首采面 ， 布置于该 采 区最下 部 ， 工作 面标 高 一6 0 9 ． 1～ 一 7 2 5 ． 1 m， 埋深 8 5 09 7 0 m。 1瓦斯 涌 出规律 分析 1 ． 1 6 1 9 6面 回采巷道 掘 进期 间瓦斯涌 出规 律 1 1 9层煤硬度较小 ， 较松散 。综 掘机 割煤后 ， 多 产生粉煤 ， 块 煤极少 ， 瓦斯大多 以吸附状态存 在于煤层 中。当掘进接 近和通 过 断层 影 响带 时， 煤体 中的瓦斯 则 由于 围压解 除而成为游离态涌人采掘空 间。 2 掘进 工 作 面瓦斯 涌 出 主要来 源 于巷 道 壁 、 迎 头壁及 落煤 。当掘进 速度 、 落煤工 艺和地 质 条件 等 因 素发生 变化 时 ， 瓦斯 涌 出量在 时间和空 间上 也会 随之 变化 。在 同一测点 ， 距迎 头越 远 ， 瓦斯浓 度越 高 ， 这是 收稿 日期 2 0 0 91 1 2 3 作者简介 张士 同 1 9 6 7一男 ， 山东 沂源人 ， l 9 9 2年 毕业 于山东 矿业学院 ， 高级工程师 ， 发表论文数篇。现任万祥 矿业有 限公司总工 程师助理。 因为压人式通风巷道的回风流中， 下游汇聚了更多的 从巷道壁 涌出的瓦斯 。 1 ． 2 6 1 9 6工作 面 瓦斯 涌 出规律 分 析 1 采煤 工作 面 瓦斯 主要来 源 于割 落煤 、 煤 壁 和 采空 区。前 2项在最 初暴露 时涌 出瓦斯 量 最大 ， 以后 随暴露时间延长而减少。煤壁由被采煤层所含瓦斯源 源不断补给 ， 同 时受 原生裂 隙和 采场矿 山压力 造成 的 裂隙 以及采煤工 艺所控 制 ， 因而 瓦斯 涌出 浓度波 动性 很大。采空区瓦斯主要来源于邻近煤层以及遗留在采 空区内的浮煤所释放 的瓦斯 。 2 “ u” 型方式通风的采煤工作 面采 用下行 风时 ， 沿走 向靠近采 空 区内部和 靠近煤壁 侧 瓦斯浓 度较 高 ， 沿倾 向采煤面的上半 部分 以 向采 空 区进 风 为主 ， 瓦 斯 浓度相 对较低 ， 采煤 面的下半 部分 以 向工 作面 出风 为 主 ， 采空 区内的部分瓦斯被带 出， 瓦斯浓度相对较高 。 3 采煤面的上 、 下 隅角是 瓦斯治 理重 点。上 、 下 隅角靠近煤壁和采空区侧的直角拐弯部位， 风流速度 很低 ， 局部 间歇性处于涡流状态 ， 该 两处汇 聚的大量高 浓度瓦斯难 以进入到主风流 ， 易形 成 瓦斯 积聚 。另外 ， 相对于空气来说 ， 采空区 内含瓦斯 空气 的密 度较小 ， 必 然使采空区内含高浓度瓦斯的空气向上隅角运移 ， 使 上隅角成为局部 瓦斯集 中 区， 而 下隅角 又是 采空 区漏 风的必经之道 ， 更易形成局部瓦斯 积聚。 2后 六 采 区瓦斯 综合 防治技 术 根据后六采区生产地质状况、 煤层物理特性等具 体条件 ， 经过详细分 析 、 研究 ， 制定 了后 六 采 区以治 理 瓦斯 为主 、 防尘 、 防火 次之的综合治理技术 。 2 ． 1 掘 进工 作面 瓦斯 综合 治理措施 2 ． 1 ． 1 优 化设计断面提 高通风效率 下转 第 2 0 3页 压发生的主要区域。而对于不同宽度的煤柱 ， 煤柱内 应力集 中程度可 能差 异很 大 ， 煤柱 宽度不 合理 可 能成 为工作面顺槽附近发生冲击地压的一个主要因素。 5 结语 以上是在开采活动中 ， 冲击地压形 成 的最主要 的 几种常 见原 因 ， 地质条 件不 同 ， 所受影 响程 度也 不 同 ， 要根据实际情况进行具体分析， 才能找出主要影响因 素 。