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陕西彬长矿区冲击地压防治现状 刘育晖，张晔，赵恒 咸阳市煤炭工业局，陕西 咸阳 712000 ［ 摘 要］通过全省冲击地压专项调研，详细掌握了陕西省冲击地压发生情况，包括冲击地压 矿井分布、灾害发展过程与特点，预测了灾害发展趋势。总结了陕西省冲击地压矿井地质及开采条件 特点，研究了各条件与冲击地压灾害的关联性。从鉴定、评价、防范、监测、解危、管理、监管及研 究等 8 个方面全面总结了陕西省冲击地压防治现状。最后，立足陕西省冲击地压矿井特殊条件，分析 了冲击地压防治工作中面临的主要难题，并提出了相应对策。 ［ 关键词］彬长矿区; 冲击地压; 防治; 现状 ［ 中图分类号］ TD324［ 文献标识码］ A［ 文章编号］ 1006- 6225 201706- 0092- 04 Current Situation of Rock Burst Prevention and Cure of Shaanxi Binchang Coal Mine District LIU Yu- hui，ZHANG Ye，ZHAO Heng Xianyang Coal Industry Bureau，Xianyang 712000，China Abstract According special investigate and survey of rock burst in all province，rock burst occurrence of all Shaanxi province was mastered in detail，which include rock burst coal mine distribution，disaster development and characters and disaster development trend was predicted. And geological and mining situation of rock burst coal mine in all Shaanxi province were summarized，the relation- ship between all kinds situation and rock burst was analyzed. The current situation of Shaanxi province rock burst prevention and cure were summarized in following eight aspects，which include authentication，uation，precaution，monitoring，disaster releasing， management，supervise and studying. At the last，based on special situation of Shaanxi province rock burst coal mine，the main diffi- culty problems of rock burst prevention and cure were analyzed，and the some corresponding countermeasures were put forward. Key words Binchang coal mine district; rock burst; prevention and cure; current situation ［收稿日期］ 2017－08－01［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2017. 06. 023 ［作者简介］ 刘育晖 1964－ ，男，陕西礼泉人，高级工程师，总工程师，长期从事煤矿安全监管和煤炭生产技术工作。 ［引用格式］ 刘育晖，张晔，赵恒 . 陕西彬长矿区冲击地压防治现状 ［J］． 煤矿开采，2017，22 6 92－95，103. 冲击地压除了自身的巨大破坏性，还可诱发煤 与瓦斯突出、煤层自然发火、水害等次生灾害。随 煤炭资源开采深度和开采强度的增加，冲击地压已 成为煤矿开采领域面临的主要灾害之一。目前，我 国冲击地压矿井数量已由 1985 年的 32 座，增长至 目前的近 200 座。据不完全统计，2003 年至今， 我国煤矿冲击地压事故已累计造成 400 余人死亡， 上千人受伤，破坏巷道数万米，财产损失巨大 ［1 ］。 陕西省为我国主要的产煤大省，但绝大多数开采煤 层的埋深较浅，在相当长的时间内未见有冲击地压 灾害 。“十一五”以来，彬长煤田深部区和麟北煤 田煤炭资源相继开发，水、火、瓦斯、冲击地压、 顶板、地热等多种灾害集中爆发，而冲击地压问题 尤其突出，目前已发展成为制约矿区安全生产的主 要灾种之一 ［2－7 ］。由于陕西省早期并无冲击地压案 例及应对经验，在灾害防范、治理及监管方面均需 要不断探索。为全面掌握陕西省冲击地压发生及防 治现状，于 2017 年开展了全省冲击地压专项调研， 为灾害治理与监管提供了充分依据。 1陕西彬长矿区冲击地压发生概况 1. 1冲击地压矿井数量及分布 截至 2017 年 7 月，陕西省冲击地压矿井共计 12 座，分布于咸阳市长武县、彬县和宝鸡市麟游 县境内。陕西省冲击地压矿井中，生产矿井有 7 座，建设矿井有 5 座，总产能达到 47. 8Mt/a。据 不完全统计，截至 2017 年 7 月，陕西省煤矿累计 发生冲击地压约 90 次。 1. 2冲击地压灾害发展过程及特点 冲击地压在陕西省煤矿出现的时间相对较晚， 直到 2013 年彬长煤田深部区和麟北煤田大规模开 发，冲击地压灾害才开始凸显，但之后冲击地压矿 井数量井喷式增长，灾害形势急剧恶化，短短 4a 内即成为陕西省煤矿主要灾种之一。 据调研，2013 年 1 月，陕西彬长集团胡家河 煤矿在准备 402103 工作面时首次发生冲击地压， 现场表现为煤炮频繁且剧烈，煤块弹射严重，顶底 板瞬间大变形，锚索断裂频繁等。随着矿井开采强 29 第 22 卷 第 6 期 总第 139 期 2017 年 12 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 22No. 6 Series No. 139 December2017 ChaoXing 度和 开 采 范 围 的 增 大，冲 击 地 压 灾 害 日 趋 严 重 ［2－3 ］。20142017 年，与胡家河煤矿相邻的高家 堡煤矿、亭南煤矿、孟村煤矿均发生了不同程度冲 击地压，其中高家堡煤矿和孟村煤矿在大巷掘进期 间就有显现。麟北矿区最早投产的为崔木煤矿和郭 家河煤矿，在其生产过程中均有不同程度的动力显 现。可见，陕西省煤矿冲击地压灾害具有出现时间 晚、爆发时间短、灾害严重、灾害矿井集中等主要 特点。 1. 3冲击地压灾害发展趋势分析 彬长煤田深部区和麟北煤田处于大规模开发初 期，基建矿井仅有掘进工程，生产矿井采掘范围和 采空区面积相对较小。根据我国冲击地压矿区灾害 发展规律，随着两大深部煤田煤炭资源的持续开 发，矿井采掘范围持续扩大，采掘深度不断加大， 采空区面积不断增多，影响冲击地压发生的因素将 不断增多，多因素、多灾害耦合致灾机制更为复 杂，分析认为，陕西省冲击地压矿井数量将进一步 增加，冲击地压发生频次和强度也将增大，应引起 企业及监察监管部门的重视。 2彬长矿区冲击地压矿井地质及开采条件 1煤层埋深彬长煤田冲击地压矿井煤层 埋深普遍较大，其中亭南煤矿煤层最大埋深达到 700m，胡家河煤矿、小庄煤矿煤层最大埋深均达 到 800m，孟村煤矿煤层最大埋深接近 900m，高家 堡煤矿煤层最大埋深超过 1200m，以上煤矿是陕西 省冲击地压的主要发生地。麟北煤田冲击地压矿井 煤层最大埋深一般在 600m 左右。 2煤层特性彬长煤田 4 号煤层强度较高， 单轴抗压强度可达 20MPa 以上，普遍具有弱或强 冲击倾向性。 3地质构造及地应力水平彬长煤矿及麟 北煤田主要受大型宽缓褶曲控制，水平构造应力 大，地应力水平高。 4瓦斯条件彬长煤田深部区和麟北煤田 各冲击地压矿井均为高瓦斯矿井。 5水文条件彬长煤田深部区和麟北煤田 各冲击地压矿井普遍面临矿井水害，多数矿井水文 地质条件类型为复杂型。 6自燃条件彬长煤田 1 号，4 号煤层及麟 北煤田 3 号煤层均为易自燃煤层。 7大巷布置彬长煤田及麟北煤田冲击地 压矿井中，多数将大巷和准备巷道布置在了具有冲 击危险性的煤层中。 8工作面巷道布置为应对水、火、瓦斯 等灾害，该区域矿井普遍采用 “一面三巷” 、 “一 面四巷”甚至 “一面五巷”的工作面布置方式， 导致巷道多、煤柱多，易引起应力集中。 胡家河、孟村、小庄、亭南等特厚煤层矿井， 均采用了分层综放开采，工作面及巷道留有较厚底 煤，不利于冲击地压防治。 由于彬长煤田 4 煤层底板为遇水极易膨胀的铝 土泥岩，普通综放及综采工作面各巷道均留设一定 厚度底煤，不利用冲击地压防治。 9回采工作面数量彬长煤田及麟北煤田 内已经生产的冲击地压矿井中，除了亭南煤矿为 “一矿两面” ，其余均为 “一矿一面” 。 3冲击地压防治情况 3. 1冲击倾向性鉴定 12 座冲击地压矿井均按照相关要求委托天地 科技股份有限公司开采设计事业部 原煤炭科学 研究总院北京开采研究所等科研机构完成了煤 岩层冲击倾向性鉴定。另外，邻近的文家坡煤矿、 青岗坪煤矿、大佛寺煤矿、火石咀煤矿、下沟煤 矿、燕家河煤矿也进行了煤岩层冲击倾向性鉴定。 3. 2冲击危险性评价 12 座冲击地压矿井均开展了采掘区域的冲击 危险性评价，理论评价方法包括综合指数法、动态 权重法、经验类比法等，实测方法主要为地震 CT 法。亭南煤矿、崔木煤矿、高家堡煤矿等采用波兰 PASAT－M 便携式微震探测系统对回采工作面和煤 柱进行了冲击危险源精确探测 ［8 ］，如图 1，图 2 所 示。探测结果中，灰度越大，应力越高，冲击破坏 风险越大，由此可清晰地掌握工作面内冲击危险源 的分布状态，为开展各项解危措施提供了直观的依 据，适用性较强。 3. 3防冲设计及中长远防冲规划 12 座冲击地压矿井中，除了个别基建矿井因 矿井停工而尚未完成矿井防冲设计和中长远防冲规 划编制外，其余冲击地压矿井均已完成。编制中长 远规划对于矿井冲击地压防范具有重要意义，科学 的采掘布局可对冲击地压静载荷源实现宏观调控， 避免大规模应力集中，大幅度降低后期采掘过程中 的冲击危险程度和防治难度。高家堡煤矿中央大巷 全部设计布置在强冲击地压煤层中，因此开拓期间 冲击地压频发。后经详细论证，决定将部分大巷调 整至岩层顶板当中，同时调整了采区设计，将双翼 39 刘育晖等 陕西彬长矿区冲击地压防治现状2017 年第 6 期 ChaoXing 图 1亭南煤矿 207 工作面冲击危险源地震 CT 探测成果 图 2崔木煤矿 22302 工作面冲击危险源地震 CT 探测成果 开采调整为单翼开采，从而大幅降低了开拓大巷冲 击风险。 3. 4冲击地压监测预警 6 座冲击地压矿井安装了微震监测系统，包 括 胡家河煤矿、高家堡煤矿、亭南煤矿、孟村煤 矿、郭家河煤矿、崔木煤矿、小庄煤矿。利用微震 监测系统，各冲击地压矿井可分析冲击危险性演化 趋势、判断采掘工作面扰动范围、确定采掘速度 等。图 3 显示了胡家河煤矿 401102 工作面末采期 间微震事件分布情况，该图清晰地显示了工作面回 采对中央大巷及侧向工作面的影响。 图 3胡家河 401102 工作面末采期间微震事件 各矿井与科研单位开展预警指标研究，开发了 适合于矿井自身的监测预警指标。图 4 为孟村煤矿 联合天地科技股份有限公司开发的冲击地压危险预 警效果，图 4 中○代表发生能级 1. 8 的微震事件， ◇代表发生能级 2. 0 的微震事件。可见，大能量微 震事件多发生在冲击危险指数较高的时段，对冲击 危险有较好的预警作用。2015 年 8 月 31 日，冲击 危险性指数演化至最大值，当日发生冲击地压，之 后指数迅速下降 ［6 ］。 图 4孟村矿井中央大巷监测预警曲线 5 座冲击地压矿井安装了煤层应力在线监测系 统，包括 高家堡煤矿、亭南煤矿、崔木煤矿、孟 村煤矿、水帘洞煤矿。2 座矿井安装了地音监测系 统，包括 胡家河煤矿和水帘洞煤矿。7 座冲击地 压矿井采用钻屑法检测冲击危险性，包括 崔木煤 矿、孟村煤矿、亭南煤矿、郭家河煤矿、小庄煤 矿、水帘洞煤矿、蒋家河煤矿。1 座矿井购置了电 磁辐射仪，为郭家河煤矿。 3. 5冲击地压解危 据调研，12 座冲击地压矿井共采用了 5 种冲 击地压解危方法，包括煤层钻孔卸压、煤层爆破、 顶板爆破、底板爆破、煤层注水。 49 总第 139 期煤矿开采2017 年第 6 期 ChaoXing 9 座矿井采用了煤层钻孔卸压方法，包括胡 家河煤矿 113mm 、高家堡煤矿 150mm 、 崔木煤矿 133mm 、亭南煤矿 150mm 、小 庄煤矿 133mm 、孟村煤矿 113mm 、郭家 河煤矿 105mm 、水帘洞煤矿 120mm 、蒋 家河煤矿 120mm 。3 座矿井采用了煤层爆破方 法，包括 崔木煤矿、高家堡煤矿、胡家河煤矿。 4 座矿井在天地科技股份有限公司人员指导下采用 了顶板深孔预裂爆破方法，包括 胡家河煤矿、高 家堡煤矿、崔木煤矿、亭南煤矿。2 座矿井采用了 底板爆破方法，包括崔木煤矿、亭南煤矿。1 座矿 井采用了煤层注水防冲方法，为胡家河煤矿。 3. 6防冲机构与制度 各冲击地压矿井均设置了专业防冲机构，明确 了机构人员配置，部分矿井配备了专业防冲队伍， 并制定了较为详尽的冲击地压管理制度。 3. 7监察监管 2016 年 7 月，陕西省煤炭生产安全监督管理 局组织有关专家对 14 处煤矿冲击地压防治工作进 行了全面 “技术会诊” ，逐矿形成了 “技术会诊” 报告。2016 年 8 月，陕西省安委会颁布了 陕西 省煤矿冲击地压防治十条规定 ，要求全省煤矿遵 照执行。 3. 8技术研究 为应对严峻的冲击地压灾害形势，提升矿井自 身治灾水平，依托天地科技股份有限公司雄厚的技 术与装备力量、丰富的现场实战经验，高家堡煤矿 成立了防治冲击地压研究所，孟村煤矿成立了冲击 地压研究室，亭南煤矿成立了矿井灾害防治研究 所，崔木煤矿成立了冲击地压防治办公室。 另外，其他冲击地压灾害严重的矿井也与天地 科技股份有限公司、中国矿业大学等科研机构建立 了合作关系，共同研究冲击地压灾害发生机理及防 治技术。 4冲击地压防治面临的难题及对策 1多灾害并存，防治方法相互制约彬长 煤田和麟北煤田矿井多灾害并存，水、火、瓦斯、 冲击地压等主要灾害相互影响，导致防治难度加 大 ［9－12 ］。例如，为有效防治瓦斯及水害，矿井一般 不采用窄煤柱护巷，而 “一面多巷”的布置方式 导致区段煤柱总宽度加大，往往对临空巷道冲击地 压造成不利影响。为此，亟需开展多灾害耦合条件 下的窄煤柱护巷关键技术研究，以适应陕西省冲击 地压矿井特殊地质条件。高家堡煤矿初次尝试了 6m 煤柱护巷技术，取得了较好效果，但仍需进一 步试验。 2煤层硬度大，煤层应力监测及钻屑检测 方法适应性差由于彬长煤田深部区煤层硬度大， 钻孔不易变形，钻屑法指标不敏感，煤层应力监测 变化幅度小，现场应用效果较差，亟需开发适用于 该煤田的高灵敏度监 检测仪器与方法。 3多数大巷已布置在冲击地压煤层中，或 与规程冲突由于在矿井设计阶段未能考虑冲击地 压问题，彬长煤田及麟北煤田矿井多在煤层中布置 各类大巷和永久硐室，该布置方式或与 煤矿安 全规程相违背，但调整难度很大，亟需在 防 治煤矿冲击地压细则中详细说明。 4冲击地压专业技术人员数量及经验不足 由于陕西省冲击地压灾害出现时间较短，多数矿 井冲击地压专业技术人员短缺，相关经验不足，对 冲击地压认识程度不够，数据分析能力欠缺。为 此，煤矿企业应建立冲击地压专项培训制度，明确 培训的对象、内容与学时。 5部分矿井对冲击地压防范意识不强，重 视程度不够调研发现，部分处于建设阶段的冲击 地压矿井管理人员对冲击地压灾害不够重视，在建 设阶段开展防范措施的积极性不高，甚至刻意规避 相关要求。针对该问题，监察、监管部门将依据国 家相关法规及时查处，督促整改。 6对冲击地压相关规定的理解和执行程度 不一煤矿安全规程中冲击地压部分的相关 要求不够明确，理解标准不统一。由于冲击地压矿 井未实行分级管理，部分冲击地压灾害程度较轻的 矿井不愿配备价格较高的监测系统，防冲措施也流 于形式。 5主要结论 1当前陕西省冲击地压矿井数量有 12 座， 其中生产矿井 7 座，建设矿井 5 座，分布在咸阳市 长武县、彬县和宝鸡市麟游县境内。首例冲击地压 发生在 2013 年，具有出现时间晚、爆发时间短、 灾害严重、灾害矿井集中等特点。 2陕西省冲击地压矿井均为新建大型矿井， 开采煤层埋深普遍较大，构造应力高，煤层硬度 大，同时面临水、火、瓦斯等灾害，复合灾害下冲 击地压防治难度更大。 3陕西省冲击地压矿井采用的冲击危险性 评价方法主要有综合指数法和地震CT法， 监测方 下转 103 页 59 刘育晖等 陕西彬长矿区冲击地压防治现状2017 年第 6 期 ChaoXing 4. 6实施绿色开采，保护生态环境 实施开采前、开采过程中及开采后的全过程生 态保护措施，实现绿色开采。塑造了现代化煤矿 “井口出煤不见煤，矿井污水不外排，地表没有矸 石堆，路边消除粉煤灰，采后沙漠变绿荫”的良 好形象，做到了绿色开采和清洁生产。 1采前防治通过防风固沙、水土保持等 措施增强生态系统功能，提高抗开采扰动能力。 2采中控治通过采取井下超大工作面整 体沉降、矿井水井下存储净化利用、井下煤矸置换 等绿色开采技术，做到了矿井水不外排，掘进矸石 不外排。 3采后修复采取封育围护、人工促进自 然恢复、微生物复垦、沉陷区生态功能优化等技 术，全面修复开采对地表生态环境的影响，建设永 续资源宝库。 通过采取以上一系列先进技术和综合保障措 施，神东集团形成了以 “生产规模化、技术现代 化、服务专业化、管理信息化”为基本特征的新 型集约化高效生产模式，各项安全、技术、经济、 环境等指标均达到国内领先、世界一流水平。神东 集团注重资源回收，推动可持续发展; 加强环境保 护，建成绿色生态矿区; 坚持互利共赢，促进了区 域经济和社会发展。 5结论 1从煤炭高效回收指标数据来看，我国煤 炭资源高效回收平均水平与美国、澳大利亚相比， 还有较大的差距，但神东集团的煤炭高效回收水平 位于世界领先水平，总结分析并推广神东集团煤炭 资源高效回收的经验对提高我国煤炭行业的高效回 收水平具有重要的意义。 2神东集团煤炭高效回收典型经验主要有 采用先进适用工艺，推行机械化开采; 创新开拓布 置，增大工作面参数; 研发适用技术，提高资源采 出率; 建设数字矿山，实现减员提效; 加强风险管 控，建立本质安全体系; 实施绿色开采，保护生态 环境。 ［ 参考文献］ ［ 1］ BP. 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