深部开采中的冲击地压防治.pdf

2 0 1 8 年第 2 期 总第 1 4 9期 源 与 钍 E N E R G Y A N D E N ￡ R G Y C O N S E R V A T I O N 2 0 1 8年 2月 深部开采中的冲击地压防治 白志军 阳煤集团安全监察局，山西 阳泉 0 4 5 0 0 8 摘要 伴随煤炭开采深度的持续增加，冲击地压的有效防治成为井下生产安全得以保证的必要前提。结合具体工程 实际，在分析冲击地压影响要素和主要特征的基础上，对微震监测技术展开探究，并分析 了 中击地压防治技术。应用结 果表明两者均取得 良好应用效果，为矿井生产的安全、高效开展提供 了坚实保障。 关键词 矿井 ；深部开采 ；冲击地压 ；微震监测 ；防治措 施 中图分类号 T D 3 2 4 文献标识码 A 文章编 号 2 0 9 5 0 8 0 2 一 2 0 1 8 0 2 0 0 1 8 0 2 Pr e v e nt i o n a n d Co nt r o l o f I mpa c t Gr o u nd Pr e s s u r e i n De e p M i ni ng B Al Z h i i u n S a f e t y S u p e r v i s io n B u r e a u ， Y a n g q u a n Co a l I n d u s t r y Gr o u p ， Y a n g q u a n 0 4 5 0 0 8 ， S h a n x i ， C h i n a Ab s t r a c t W i t h t h e c o n t i n u o u s i n c r e a s i n g o f c o a l mi n i n g d e p t h ， e f f e c t i v e p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l o f i mp a c t g r o u n d p r e s s u r e b e c o - me s t h e n e c e s s a r y pr e r e q ui s i t e f o r t h e s a f e t y o f un de r g r o u nd p r o d uc t i o n．Co mb i n e d wi t h s p e c i fic e n g i n e e rin g p r a c t i c e ，t h i s pa p er r e s e a r c h e d o n mi c r o s e i s mi c mo n i t o r i n g t e c h n o l o g y a n d a n a l y z e d t h e t e c h n o l o g y o f p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l o f i mp a c t p r e s s u r e o n t h e b a s i s o f a n a l y z i n g t h e i n fl u e n c i n g f a c t o r s a n d ma i n c h a r a c t e ris t i c s o f i mp a c t g r o u n d p r e s s u r e ． T h e a p p l i c a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e y h a v e g o o d a p p l i c a t i o n e f f e c t a n d p r o v i d e a s o l i d g u a r a n t e e f o r t h e s a f e t y a n d e ffi c i e n c y o f mi n e p r o d u c t i o n ． Ke y wo r d s mi n e ； d e e p mi n i n g ； i mp a c t g r o u n d p r e s s u r e ； mi c r o s e i s mi c mo n i t o r i n g ； p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l me a s u r e s O引 言 冲击地压是指受井下 回采作业影 响，导致采场周 边 围岩体固有的力学平衡状态遭破坏 ，使得其 内部积 聚的弹性势能发生强烈 的瞬时释放 的一种动力现象 。 冲击地压由于发生突然且强度剧烈 ，往往会导致 冒顶 片帮 、支架变形 、巷道损坏等现象 ，对井下生产作业 的有效开展 和作业人员生命安全有着强烈威胁。但伴 随着 中国煤矿资源开采深度的不断增加 ，井下生产过 程 中可能遭遇 冲击地压 的矿井数量不 断增多 ，井下发 生冲击地压风险 的可能持续增加 ，如何实现冲击地压 的有效监测和防治成为确保井下安全 的必要条件。 l 工程概述 新景矿主要可采煤层为 3 、6 、9 和 1 5 煤层 ，伴 随开采深度的持续增加 ，9 煤层在 回采过程 中先 后出 现多次 冲击地压现象 ，导致作业面 冒顶 片帮的同时使 得作业面巷道变形严重 ，支架发生损毁 ，同时伴 生有 瓦斯超 限现象 ，对井下生产的安全 、高效开展造成了 严重威胁 。9 煤层埋深超过 6 0 0 i n ，倾角 8 。 煤层均厚 2 ． 6 in，上部直接顶为厚度均值 0 ． 9 in的砂岩层 ；老顶 为厚度均值 3 ． 5 i n的粉砂岩层。根据井下冲击倾 向测 试可知 ，9 煤层具有强烈的冲击倾 向，其 中直接顶冲 击倾向为中等。 收稿 日期 2 0 1 8 0 1 1 1 作者简介 白志军，1 9 7 4 年生，男，山西平定人，2 0 1 5 年毕业于太 原理工大学采矿工程专业 ，工程师。 1 8 2 冲击地压影响要素与主要特征 2 ． 1 影响要素 a 1回采深度 。井下煤层开采深度同其 自身 自重应 力及 内部所积聚弹性势能大小有着直接关联性 。一旦 井下开采深度超过 4 0 0 in，煤层便存在发生冲击地压的 可能性 ，同时随着开采深度 的持续增加这一可能性还 会不断提高，其中当开采深度处于 6 0 0 in～8 0 0 in之间 时 ，冲击地压发生概率的增幅达到最大。新景矿 9 煤 层均在 6 0 0 in以上 ，埋深超过冲击地压发生的临界值 ， 其出现冲击地压的可能性极大 ； b 残 留煤柱 。伴 随回采作业 的停止 ，残留煤柱周 边往往会形成孤岛区域 ，导致其 内部应力 出现高度集 中 ，在其他作业面采动干扰和 自身高支撑应力 的双重 影响下极易产生冲击地压现象 。根据相关调查显示 ，所 发生 的各类 冲击地压事故 中超过六成是 由于相邻作业 面残 留煤柱所引起 。新景矿 回采 中选用沿空掘巷生产 工艺 ，作业面回采结束后仅留有宽 1 0 in的煤柱 ，这就 导致所 留设 煤柱全部处于支撑压力峰值影响范 围内 ， 自身承担着极大的压力 ，再加上相邻作业面生产 中的 采动影响 ，便极易导致冲击地压事故的发生Ⅲ ； C 顶板特性 。伴 随井下 回采作业 的推进 ，弹性势 能往往极易在煤层上部 的坚硬顶板 中发生积聚 ，这些 积聚的弹性势能一旦伴 随顶板周期来压发生突然释放 ， 便极易导致 回采面产生冲击地压 。新景矿 9 煤层上部 为厚度均值超过 4 in的坚硬砂岩层 ，加之 9 煤层 自身 厚度有限 ，使得其在 回采作业时 ，顶板垮落难度较大 ， 往往会 出现较大面积的悬顶 ，加之顶板 内部积聚 的大 2 0 1 8 年第 2期 白志军 深部开采中的冲击地压防治 2 0 1 8年 2月 量弹性势能 ，一旦发生垮落 ，往往会成为导致冲击地 压发生的诱因； d 地质构造 。井下地质构造形态对煤岩体 内部应 力的分布有着直接性影响。而构造应力场更是导致煤 岩体 内水平应力不断积聚 ，并最终诱发冲击地压的主 要影响要素 。根据矿井以往冲击地压发生情况的统计 调查可知 ，在断层 、倾 角变化带 、褶曲等地质构造 区 域发生冲击地压的概率更大。 2 ． 2 主要特征分析 借 由对井下 已发生 的冲击地压案例 的分析可知 ， 新景矿 9 煤层冲击地压具备下述几点特征 a 回采作 业面前方 6 0 m一 1 0 0 m范围内是发生冲击地压的主要区 域 ；b 冲击地压通常出现于作业面周期来压前 1 d～2 d ；C 回采面生产期间出现冲击地压的概率远远高于设 备检修期间 ；d 冲击地压的出现多伴随出现瓦斯超限 现象 ；e 冲击地压出现 区域多为断层 、褶皱及煤层变 异性突出的地质构造区域圈 。 3 冲击地压的监测 3 ． 1 微震监测技术 微震监测概指通过在煤岩体 内部 布设感应装 置 ， 对其发生的微破裂现象 时生产 的微小震波进行探测 ， 从而分析得出微小破裂所发生的区域 ，并 以此为基础 对井下冲击地压产生前的微震活动状况进行实时监测 ， 为冲击地压的有效预防提供指导。该技术相较于其他 监测技术 ，具备监测距离远 、精准度高 、可动态实时 监测等诸多优势 ，同时其还能通过对震源信息的分析 获得详实的破裂数据 ，为实现全矿井冲击地压的高效 防治提供有效指导『3 1 。 3 ． 2 微震事件 同冲击地压关联性分析 为实现冲击地压的有效防治 ，新景矿购进 A R A M I S M ／ E型微震监测系统对井下微震情况监测，以防范冲击 地压 。结合 自身实际状 况 ，为最大化提升监测效果 ， 新景矿在井下共布设微震监测分站 1 5 个 ，备用分站 1 个 ，全部布设于不受采动干扰 的巷道 、硐室内。利用 A R A MI S M ／ E型微震监测系统对 9 煤层先后发生的 5 次冲击地压事故进行监测 ，获得冲击地压产生前后微 震发生频率和能量释放情况 ，其示意 图分别如 图 1和 图 2 所 示 。 由图 1 、图 2分析可知，冲击地压出现 1 d 前 ，微 震发生频率显著增加 ，而微震能量释放则处于相对较 低水平 ，说明煤岩体内出现能量积聚现象 ；冲击地压 ● 一 6 1 O 冲击地压 ● 一 7 一 o 4 冲 击 地 压 一 7 1 6 冲击地压 _ ． _ 一7 2 O 冲击地压 “ - 0 “ --7 3 1 冲击地压 2 d 时间 图 1 冲击地压发生前后微震频率变化规律示意图 6 1 0 冲击地压 7 0 4 冲击地 压 7 1 6 冲击地 压 7 2 0 冲击地 压 7 3 1 冲击地 压 时间 图2冲击地压发生前后微震能量释放变化规律示意图 发生后 ，发生小能量微震事件的密集出现 ，往往持续 3 d ～5 d ，能量释放率均相对较低 ，且出现高能微震事件 的情况很少 。基于上述分析所得数据特性便可实现对 冲击地压发生的有效预测。 4 冲击地压 防治技术分析 4 ． 1 强制放顶 通过对坚硬顶板的人为强制放顶能有效规避悬顶 面积过大 的问题 ，从而实现顶板 内所积聚弹性势能的 提前释放 ，规避发生冲击地压的风险。新景矿作业面 选用 Z Y T型钻机 ，在距离回采作业面 4 0 m处顶板上布 设钻孔 ，钻孔钻设长度 1 3 m，布设间距 5 m，布设倾 角 4 0 o，等到钻孔全部进入采空区范围后进行爆破作 业 ，1 次爆破钻孔数量为 3个 ～5个。 4 ． 2 增强超前支护 通过大强度 的超前支护作业没能有效转移作业 面 煤体所承载的顶板压力 ，从而实现煤体 内部所积聚势 能的削弱 ，使得作业面产生冲击地压 的概率 降低 ，并 减小冲击地压出现时的破坏力 。新景矿将井下临近采 空区一侧巷道内的超前支护距离增大至 2 0 0 m，并在井 下泵压允许 的情况下 ，尽可能增强单体液压支柱初撑 力 ，使得超前支护强度显著增加 。 4 ． 3 煤层注水 借由钻设钻孔对 回采面煤壁及巷道顶板进行注水 ， 提升其塑性变形能力 ，从 而有效 降低煤岩体 内部所积 聚的弹性势能 ，实现压力的有效转移与释放 ，降低发 生 冲击地压的风险 ，且煤壁注水还能有效促进超前支 撑应力峰值向煤体内部的移动 ，使得煤体应力状态得 以有效改善。新景矿选用动压与静压相结合的注水方 式进行煤岩体注水 。在作业面两巷 内每间隔 1 0 m布设 注水钻孔 1 个 ，布设高度 1 i n ，长度 6 0 m，倾角 同煤 层保持一致 。钻孑 L 的布设于注水应超前作业面 5 0 m ～ 1 0 0 m进行同 。 5结语 新景矿采用微震监测技术对井下 冲击地压的发生 进行提前监测 ，自应用 以来先后 5次准确预测冲击地 压的发生 ，为井下作业安 全提供 了有力保障。同时 ， 矿井所采取 的多措并行的冲击地压综合防治措施有效 降低 了井下冲击地压发生的频率和强度 ，为矿井生产 下转 2 1页 1 9 2 0 1 8 年第 2 期 杜晓龙 煤矿电网安全测控系统设计分析 2 0 1 8 年 2 月 2 ． 3 矿用高爆开关监控保护装置 矿用高爆开关监控保护装置完全采用数字化的电 子技术设计 ，在一定程度上有效实现保护 、监视 、控 制及通信等功能。其工作原理主要是 内部具有高效 率 、监视能力强及通信功能较为强大且运行速度较高 的双 C P U结构 ，有效实现对上下级 的保护 ，能避免变 电站跳闸现象 的发生 ，进而提高变 电站的运行性能。 此外 ，随着科技技术不 断发展 ，现在的矿用高爆开关 监 控保护装置 中的所有信息还可 以全 中文液晶显示 ， 这样就能将相关数据直观地呈现给人们 ，为操作带来 较大的便利。 2 ． 4 操作软件 系统 煤矿电网测控系统 的运行在一定程度上主要依赖 于相应的操作软件系统 ，而操作软件系统又分为两个 部分 ，即系统软件和应用软件。其 中，系统软件包括 操作系统及数据库系统等 ，这样就能有效实现对数据 的存储与传输。应用软件包括应用程序基础平台 、通 讯管理模块及数据库管理模块等 ，其能在一定程度上 有效实现对数据的传输 ，进而将数据直观地传递给人 们 ，以此来不断提高获取数据的便捷性_3 J 。 2 ． 4 ． 1 操作 系统 操作系统是整个电网测控系统的核心 ，通过相应操 作 系统的运行 ，可有效实现对数据的储存 、传递等功 能 ，而现在的操纵系统主要采用的是 Wi n d o w s X P版本。 2 ． 4 ． 2 数据 库 系统 数据库系统的安装可 以有效实现数据的储存功能， 进而为数据的储存及传输提供一个较大的平台。现在 的数据库系统主要采用的是 S Q L S e r v e r 2 0 0 0 数据库。 3 煤矿 电网测控 系统 的技术特点 随着科学技术不断进步与发展 ，煤矿电网测控系 统 的技术特点也逐渐鲜 明与多样化 。下面针对煤矿电 网测控系统的技术特点展开具体分析与讨论。 3 ． 1 功能齐全 煤矿 电网测控系统在煤矿企业中的应用不仅能够 有效实现对变电站的保护功能 ，还能在一定程度上有 效实现通讯 、测量及信号采集等功能。因此 ，功能齐 全是煤矿电网测控系统所具备的主要特点。 3 ． 2 安全 可靠 由于煤矿电网测控系统 内部主要采用的是读取速 率较快且运行速率较快的双 C P U设计结构 ，这样就在 一 定程度上有效实现 了对变 电站的实时监控 ，进而就 能有效提高保护器的可靠性 。此外 ，煤矿 电网测控系 统还采用较为特殊的电源装置 ，这样 就能避免 由于故 障而导致变电站出现跳闸的情况 ，也能有效增强变电 站的运行性能。此外 ，当煤矿 电网测控系统检测到 P T 断线时 ，其不仅能够及时发 出相应 的警告信号 ，而且 还能及时断掉相应的电源 ，以此有效提高变电站 的可 靠性和安全性 。 3 ． 3 卓越的保护功能 煤矿 电网测控系统不仅具有功能齐全等特点 ，而 且其还具备卓越的保护功能 ，这样就在一定程度上提 高 了设备运行 的安全性和可靠性。其中 ，煤矿 电网测 控系统具有三段式的保护功能 ，能设定各个保护 电流 的时间，从而增大各个 系统上下级的协调性 ，有效避 免变电站出现越级跳闸等现象。而随着科学技术不断 进步 ，煤矿 电网测控系统 中的保护装 置也逐渐趋于数 字化 ，进而就能有效实现对变电站的保护功能。 3 ． 4 使用 灵活 煤矿 电网测控系统不仅可以单独使用 ，而且还能 联网使用。因此 ，煤矿 电网测试系统也较多应用于电 网改造阶段，不断优化电网性能。 4 结语 随着煤矿企业不断进步与发展 ，加大研究与分析 煤矿 电网安全测控系统 的力度 ，对提高 电网运行性能 及有效促进煤矿企业快速稳定发展都具有至关重要 的 作用 。因此 ，应首先认识与了解煤矿 电网测控系统 的 结构 ，进而认识到煤矿 电网测控系统 的工作原理和技 术特点 ，以此不断将煤矿电网测控系统运用在煤矿企 业中，提高煤矿企业 电网的运行性能 ，进而促进煤矿 企业快速稳定发展。 参考文献 [ 1 ] 冯晓晖， 徐 贝贝． 双 D S P在 井下电网馈 电开 关设备 负荷测控 系统 中的应用[ n 煤矿机械 ， 2 0 1 4 ， 3 5 8 2 0 6 2 0 8 ． [ 2 ] 郜 守魁 ， 陈 鑫 ， 吉义川 ， 等． 1 1 0 k V变电站主接线对煤矿 电 网安全稳定运行的影响研究[ J ] ． 河南科技 ， 2 0 1 4 1 6 5 9 6 0 ． [ 3 ] 吴君 ， 李 维． 基于电力监控分站与高爆 开关间双向通讯 的 防越级跳 闸型过流保护 系统研究[ J ] ． 煤 ， 2 0 1 3 1 0 3 1 3 2 ． 责任编辑 季鑫 ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ● ●◇● 上接 1 9页 的持续 、安全开展奠定了坚实基础。 参考文献 [ 1 ] 侯玮， 骈龙江， 郝彬彬， 等． 深部开采冲击地压发生条件及预 测和 防治[ J ] ． 河北工程 大学学报 自然科 学版 ， 2 0 0 8 2 6 5 6 8． [ 2 ] 赵洋． 深部开采高应力区冲击地压预测及防治研究[ D] ． 青 岛 山东科技 大学 ， 2 0 1 0 ． [ 3 ] 李怀珍 ， 武俐 ， 习春雨． 深部开采冲击地压发生机理及防治 技 术[ J ] ． 煤矿安全， 2 0 1 1 f 2 5 5 5 7 ． [ 4 ] 孟祥宇， 于春雨． 深部开采冲击地压发生条件及预测和防治研 究[ J ] ． 科技传播 ， 2 o 1 6 1 7 1 8 2 1 8 3 ． [ 5 ] 李百宜， 王盛川 ， 齐文跃． 矿 井深部开采冲击地压研 究与防治 [ J ] ． 内蒙古煤炭经济， 2 o 3 7 1 4 5 1 4 6 ． [ 6 ] 潘立友 ， 孙刘伟 ， 范宗乾． 深部矿井构造 区厚煤层冲击地压机 理与应用[ J ] ． 煤炭科 学技术 ， 2 o 1 3 9 1 2 6 1 2 8 ． 责任编辑高志凤 21