跃进煤矿冲击地压的形成及防治技术.pdf

第 2 7卷第 l O期 2 0 0 8年 l 0月 煤炭技术 Co a l T e e h n o l o Vo 】 ． 2 7 ． No ． 1 0 Om． 2 0 0 8 跃进煤矿冲击地压 的形成及防治技术 贾宏昭 ，刘 军 ，张银 亮，崔小晖 义马煤业集 团公司 跃进煤矿 ，河南 义马 4 7 2 3 0 0 摘要 义煤集团公司跃进煤矿采用动压观测 、 电磁辐 射仪 、 钻 屑法 和微震等手段进行综 合预测预 报， 并对危 险区 段采用“ 五位一体” 的综合 防治措施 。文章介绍了该矿 冲击地压形成 的原因 、 预测及防治技术 。 关键词 深部开采 ；冲击地压 ；预测预报 中图分类号 T D 3 2 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 0 8 1 0 0 0 7 8 0 3 F 0 r ma t i 0 n An d Co n t r o l T e c h n i q u e o f Ro c k B u r s t i n Yu e ．j i n Co a l Mi n e J I A Ho n gz h a o ，L I U J u n ，Z HANG Y i nl i a n g ，C U I Xi a oh u i Y u e j i n C o a l Mi n e 。Yi ma C o a l I n d u s t r y G r o u p C o mp． ，Y i m a 4 7 2 3 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Ad o p t i n g t h e wa y o f d y n a mi c p r e s s u r e o b s e r v a t i o n a n d e l e c t r o ma g n e t i s m r a d i o me t e r a n d me t h o d o f d r i l l i n g i n d e x a n d mi c r o s e i s m d e v e l o p m e n t t h e s y n t h e s i s f o r e c a s t i s i n p r o g r e s s i n Yu e j i n C o a l Mi n e ．“ fi v e me asu r e s ”i s a d o p t e d a t t h e d a n g e r o u s s e c t i o n．Th e r e a s o n s ，f o r e c ast a n d c o n t r o l t e c h n i q u e i n a r o c k b u mt a r e i n t r o d u c e d． Ke y wo r d s d e e p mi n i n g；r o c k b u r s t ；f o r e c a s t o前 言 茎 全 冲击地 压是 指承受高 压的脆性煤体或岩体 极限平衡状 的动力灾害 ， 具有突发性 、瞬时震动性和巨大破坏性等显现 ＼ 五 f 0 、 s ； ＼ ； 积含水层影响逐渐减弱 ， 岩石 的含水性也随着深度 的增加而 减弱 ， 水文地质条件属简单 的裂隙 冲水矿床。 1 ． 3 地下水补给水源 该矿经过多年 的矿井涌水量实际观测 ， 矿井 正常涌水 量 在 l a当中变化不大 ， 受季节变化影响较小 ， 说明矿井的正常 涌水量由地表水 垂直补 给的量很 小。矿区 内地势 较高 的岗 坡地段 和地势低洼 的谷地 之间 ， 地下水位 高差很小 ， 加上岩 石 的渗透性差 ， 使地下水的运动迟缓 ， 排泄条件差 ， 往 往只在 地下水的下游 ， 有亚粘 土覆盖 的地方 ， 形成带状 低水头 的承 压水区 。该 矿的地下水补给水源 ， 基本上 为岩石 内部 的 自身 含水和 由小 的含水层 垂直补给 。 2 矿 井防治水工作的实例及方法 矿井水害事故原因主要有 以下几种情况 在矿井水文地 质条件不清 的条件下盲 目开采 ； 在水体 下开采的防护措施不 落实 ； 越层越界开采 ； 破坏 防隔水煤柱 ； 现场 人员水害意识匮 乏 ， 已由水 患征兆而未采取措施等。该 矿在多年的生产实际 过程中 ， 积累了丰富的经验 ， 防治水工 作也取得 了一些成绩 ， 在保证 了矿井安全生产过程中 ， 主要是从根本上抓住 了防治 水工作 问题 的关键 ， 具体做 了以下几方 面的工作 1 全 面调查 ， 突 出重点 。该 矿水 文地质技术人员 ． 每年 初都会采用地毯式 的排查方法 ， 从矿井的浅部到深部 ， 逐层 逐 块地进行排查 ， 把存在积水或者可能存在积水的采空区或者 独头巷道 ， 全部 编录成号 ， 采用积水 卡片的形 式装订成册 ． 对 与现生产采 区有联系 的积水地点 ， 全部用规定的醒 目颜色标 注在采掘工程 平面 图上 ， 使领 导者看 图时一 目了然 ， 清楚 可 见 ， 使防治水工作变得简单化 ， 易于掌握。很多矿井水害实例 说明 ， 矿井 的生产者和指挥者对矿井水文地质条件不了解 ． 对 矿井的积水区分布不清楚 ， 是煤矿水害事故频发的根本原因。 2 随意改 变和破坏 各种 防隔水煤柱 ． 是近年来 煤矿 发 生多次透水事故 的主要 原因之一 。该 矿在多年 的生产过 程 中 ， 始终按照 煤矿安全规程 和 水文 地质规 程 的要求 ， 结 合集团公司根据本地区实际情况制定的实施细则和 规范 ， 留 设好各种防隔水煤柱 ， 对设计好 的防隔水 煤柱 ， 都要 报集 团 公司专业部门审批 ； 尤其是在 水体下进 行采掘 生产 的， 按 照 规程规定 留设好足够的防隔水煤 柱外 ， 坚决把 防护措施落实 到位 ， 不能只停 留在 纸上 ； 准 确地核 实采空 区上方 的导水裂 隙带的高度 ， 预 防各种水患沿导水裂 隙带溃人生产巷道 。不 安全坚决不生产 ， 不 存在侥幸 心理 ； 认 识到矿 井水 害的 巨大 危害性 ， 学习和掌握 防治水工 作常识 ， 让 每一 名工人 掌握水 害征兆 ， 真正把 防治 水工作落 实抓靠 ， 杜绝矿 井水 害事故 发 生 。 3 坚决做好矿井防治水工作 的预测 、 预报 工作 ， 在采 掘 生产过程中坚决执行“ 有疑必探 ， 先探后掘 ” 的探放水工作 原 则 。作为一名水文地质技术人员 ， 对可能存在积水 的区域和 可能导水或封孑 L 不 良的钻孔 ， 都要提前 作好 “ 水 情水 害预报 通知单” 。当采掘工程接近探水线 时 ， 必须停 止生产 ， 对 可疑 的积水区域进行探放 ， 在 确保无积水 或积水 排干放 静后 ， 方 可继续生产 ， 绝不 能疏忽大 意， 掉 以轻心。坚决作好 防治 水 工作 的预测 、 预报工作 ， 在生产过程 中， 坚决执行 “ 有疑必探 ， 先探后掘” 的探放水工作 原则 ， 是防治 矿井水害 事故发 生 的 有效 手 段 。 3 结语 总之 ， 矿井 防治水工 作是一项 持之 以恒、 长 抓不懈 的工 作 ， 是和每一名矿工都 息息相关 的。近 年来 ， 全国各 地矿井 水害事故频发 ， 说 明有相当一部分煤 矿， 对矿井水 害的威胁 ， 领导者不重视 ， 思想 上麻痹大意 ， 没有 把矿井水 害 当成影响 矿井安全 的重要因素 ， 导致事故发生 。 抓好矿井防治水工作 ， 是矿 井安全发 展的需 要 ， 不仅 能 产生巨大的社会效益和经济效益 ， 还能 为矿井保持科学 的发 展观 、 创建和谐社会作 出重要贡献 。 收 稿 日期 2 0 0 80 50 4 ； 修 术 日期 2 0 0 70 70 9 作者简介 贾宏昭 1 9 5 8 一 ， 男 ， 河南偃师人 ， 高级工程师 ． 现任义 马煤业集团公 司跃进煤矿生产副矿长 。 第 1 O期 贾宏 昭 ， 等 跃 井煤矿 冲击地压 的形成及 防治技 术 7 9 特征 。近年来 ， 随着 开采 深度 的不 断增加 ， 深 部开采 中冲击 矿压显现 非常 明显。冲击矿压在我国煤矿频 繁发生 ． 造成了 重大的人 员伤亡和 财产损失。冲击矿压 的预测与 防治 已成 为煤 矿安 全生产中共同关注的一项课题。 1 地质概 况 跃进 井田地层 为一宽缓 的单 斜， 走 向为 2 7 5 ～3 0 0 。 ， 倾向 1 8 5 2 1 0 。 ， 倾 角 4～2 5 。 。 井 田 内构 造 以断 裂 为 主 、 褶 曲次 之 。 现主要开采 2 1 煤与 2 3 煤合层煤 统称 2 一l 煤 ， 厚 0 ． 8 8 ～ l O ． 0 2 m， 平均厚 5 ． 7 5 m， 局部结构复杂 ． 存在 l ～ 2层夹矸， 夹矸厚度 0 ． 1 ～l m。煤 层伪 顶为 薄层状细 砂岩 ． 厚 0～0 ． 3 l 1 1 一般随回采而垮落 ； 直接顶 为黑色泥岩 ． 厚 2 0 m左右 ， 全 井 田普遍 发育 ； 老顶是较 坚硬的巨厚砾岩 ， 厚度大 。2一l 煤 层煤质脆 ， 硬度较大 。 2 冲击地压形成的原因 冲击地压是一种复杂的矿山动力现象 ， 其形成的力学环 境 、 发 生 地 点 、 宏 观 和 微 观上 的 显 现形 态多 种 多样 ， 冲 击 破 坏 强 度 和所 造成 的破 坏 程 度 也 各 不 相 同 。 冲 击 地 压 的形 成 受 煤层 自身 性 质 和 埋 藏 条 件 、 地 质构 造 变 化 、 开 采 条件 和 开 采方法等 多方面的影响。根据跃进煤 矿的工程 地质条件 ， 初 步分析冲击地压发生的原因如下 J 开采深度大。发生 冲击 地压的地点埋 深达到 了 8 0 0 m以上 ， 有些地方甚 至超过 1 0 0 0 n l 深。过高的原岩应 力和 支承压力 ， 使 回采工 作空间 的顶 底扳积聚较大 的变形能 ． 这 是造成冲击地压发生的主要原因。 2 煤岩 比较坚 硬 ， 顶板有厚而坚硬 的岩层 。直接 顶为 厚超过 2 0 m的砂质泥岩 ， 老顶为厚度约 2 0 0 r t-i 的厚层砾岩 ， 采掘 工作造成的坚硬顶板 断裂成为 冲击 地压发生 的主 要诱 因。采煤工 作面的推进诱 发大面积坚硬 顶板弯 曲弹性 能释 放 型 冲击 地 压 。 3 采掘活动集中， 各生产工作面采掘活动相互影响 ． 围 岩大结构 长期处于不稳定状态。 4 受地质构造影 响。采 区处于 向斜 轴部 ． 且 区 内有 断 层和煤层厚度变化带 ， 这些 区域都 是应力集 中区， 也是诱 发 冲 击 地压 的因 素 之 一 。 5 采掘部署不 合理。采 区内开采顺 序为跳采 ， 造成 了 有的工作 面处于半岛或孤岛状态， 应力集 中程度很高。 6 底板没有进行有效 的加 固． 冲击地压大部 分能量在 弱面 底板 释放。跃进煤矿回采巷道采用锚 网索支护 ， 底 板 未进行加 固， 属于 自由面 ， 冲击地压发生时 ， 能量完全从 巷道 底板 释放 ， 造成大范围底臌 ， 最终形成大的冲击地压灾害。 7 煤岩具有 冲击倾向性。跃进煤矿煤层 的动态破坏时 间为 2 7 5 h I S ， 弹性 能指数为 3 ． 5 3 ， 冲击能量指数为 3 ． 5 6 ， 所有 试样 的平 均 抗 压强 度为 l 3 ． 0 8 M P a ， 平 均 弹性 模量 为 2 ． 2 7 G P a 。根据煤层 冲击倾 向分类指标 ． 跃进煤矿 的煤 层冲击倾 向性类别为 2 类 ， 弱冲击倾向。 3 冲击地压 的预测 3 ． 1 密 切 关 注 巷 道 围岩 的 动 态 特征 冲击 地压 发生 之 前 都 有 预兆 ， 表 现 为 煤 岩 层 向 已 采 空 间运动加剧 ， 顶饭 底板 岩层断裂声加剧 ． 有板炮声 ． 采空 区 有雷声 ， 顶板下沉速 度增 大 ， 煤 壁片帮； 打煤层 眼时， 钻杆卡 住或卡死 ， 或者钻进 较平时容 易 吸钻 ； 采煤工 怍面或巷道 压力有明显增大现象。因此 购置 K Y一 8 2型顶 底板动态监测 仪和 K J 2 1 6型煤 矿顶板 压力监测 系统监测 工作面超前 巷道 断面变形速度和变形 量 ， 以及监测工 作面支架压 力变化． 分 析周期来压规律。还在 工作面前 方煤 体布置 钻孔 应力仪观 测超前应力变化 ， 连续监测 ， 寻找 跃进煤矿顶板活 动规律和 冲 击地 压 发 生 规律 。 3 ． 2电磁 辐 射 法 电磁辐射的观测采用 K B D 5电磁辐射仪。首先通过 理论 分析 和一定时间的现场监测 ， 总结规律 ， 确定 冲击 地压危 险 的临 界值 。 每天对工作面 、 上下顺 槽等 防治 区域进 行 1次定 点 观 测。对定点观测到的电磁辐射异常区域 ， 进行第二次重点 检 测 ． 查明该区域的长度 ， 确定该 区域冲击地压的危险性 ， 并 通 过钻屑法进行检验。如果处于临界状态 ， 必须采 取爆破 卸载 措施。在实施松动卸压爆破时 ， 对 卸压爆破前后 进行 电磁辐 射和钻屑法检测 ， 将检测结 果进行 比较， 以确定 卸压爆破 的 效 果 。 为了克服 K B D 5不能完 全连续 不间断监测 的弊端 ， 在 工 作面上 、 下巷煤柱 区和掘进头安装了 K B D 7电磁辐射连续 监 测系统， 通过与矿井的 9 5 安全生产监测 系统联 网 ， 完成 了 电磁辐射信号的实时采集 ， 并可对实时采集 和存储 的历史 数 据进行 图形显示和数据分析处 理。两 种电磁辐射 仪 的联合 监测 ， 增加了冲击地压 预报的准确性 。 3 ． 3 钻屑法 对于用电磁辐射仪监测到的异常区域 ， 应用钻屑法进行 校验。孑 L 数视具体情况而定 ， 钻孔间距 5～J 0 Il l 。钻孔一般 布置在煤壁高度的中间 ， 平行煤层 钻进。此外还需要容量 1 0 L的塑料桶 ， 用于收集煤粉 ； 2 0 k g 量程的弹簧秤 ， 用于称量煤 粉质量 ； 3 n l m孔眼的网筛 ， 用于测定粒度组成 。钻屑法现 场 操作应记录探测时间 、 钻孔地点 及编号 、 煤 粉量 k g ／ m， 临 界 值如表 l 所示 ； 记录施工中的动力 现象 及其 它情 况 ， 例如 卡 钻 、 孔内冲击 、 钻粉粒度 、 推进力 、 钻孔时间等 ； 测定记录中还 应包括 试验地点的地质 、 开采技术条件 的描述和钻孑 L 位置示 意 图 。 表 1 煤 粉 量 临界 值 表 钻孔 深 度， n 1 临 界指 标 ／ k g ‘ m ≤4． 0 4． 0 5 8 4 冲击地压综合 防治 跃进煤矿采取“ 五位一体 ” 的冲击 地压防治措施 职工培 训主要采用专家讲座 和开展防冲知识竞赛 等措施 提高职工 防冲意识 ； 预测预报及效果检验采用 电磁辐射法 、 钻屑法 ； 防 治措施主要 用爆破卸 压、 煤层 注水和卸压 钻孔 ； 安 全防护采 取加强个体防范、 远距离放炮 、 改进巷道支护形 式等 。 4 ． 1 深孔 卸 压 爆破 采掘面的解危措施主要采用深孑 L 卸压爆破 ， 即在巷道两 帮进 行深 孑 L 爆 破卸 压 ， 具体 参 数如 下 孔 深 1 5 m， 孔 径 4 5 r n 『 I 1 ． 孔间距 5 n ． 装药量 8 k g ， 封孔长度不小于 6 m； 放炮时躲 炮半 径 为 2 0 0 n 以外 ， 躲 炮 时 间 大 于 3 0 m i n 。 4 ． 2注水 软 化煤 体 注 水孔 布置 形 式 应有 利 于煤 层 均 匀 湿 润 ， 对 巷 道 两 帮 和 掘进头煤体 软化 。 L 深 4 0～ 5 0 0 t i t ， 孔径 5 0 ～7 5 m m， 注水孑 L 间距按煤 的透 水性确定 ， 透水性 差的煤层孔 间距应取较小 值， 透 水性好 时 取大值。分 掘进正 头注水 和巷道 中部钻 场注 水两 种形 式。 对掘进正头注水 ， 有条件的首先利用巷道钻机在巷道开掘前 3 M提前进行静压注水 ， 使 巷道掘进过程始终在 湿润煤体 中 进行 。由于构造等原 因无法进行长孔注水 ， 可在掘进 中采用 短孔 高 压 注 水 。 由于该矿工 怍面上 巷布置在采空区下二分层 内或沿空 送巷 ， 冲击危险性 相对 较小 ， 在掘进安排上 让上巷超 前下巷 2 0 0 m以上 ， 并通过上巷向下巷打注水跟 ， 使下巷掘进在注水 区内进行 ， 有效地降低了煤层 冲击性。 4 ． 3 优 化 开 拓布 局 ， 采 取 防 范在 先 的 措 施 开拓巷道和永久硐室不得 布置在 冲击地 压煤层 中 ， 减少 或不 留煤柱 ， 合理顺序开采 ， 不得相向采掘 ， 避免形成孤 岛、 半岛、 三角煤 、 凸角煤 柱。 4 ． 4 加 强 支护 第 2 7 卷第 l O期 2 0 0 8年 1 0月 煤炭技术 C o a l T e c h n o l o a w VD 】 ． 2 7． No ． 1 0 Oc t ． 2 0 0 8 瓦斯分子压强平衡时其分子问距离计算 王 子 佳 广西环江县 洛阳镇红阳社 区，广西 环 江 5 4 7 1 0 5 摘 要 瓦斯分子压强平衡时 ， 瓦斯分子间的距离 ， 是研究瓦斯分子最 低势能和分析 瓦斯分子稳定状态 的一个重 要参数。文章在 瓦斯分子压强 平衡方程的基础上 ， 研究探讨了 r 。 数值 的计算步骤 ， 并结合煤层抽放 的瓦斯温度 实 际 ， 计算 出了 r 的数值 。 关键词 瓦斯分子压强平衡 ；分子间距离 ；计算 步骤 ；数值 中图分类号 T D 7 1 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 0 8 1 0 0 0 8 0 0 2 Ca l c u l a t i o n 0 f M u t u a l Di s t a n c e o f Ga s M o l e c I l l e s wi t h Ba l a n c e d Pr e s s u r e I n t e n s i t y WANG Z i i i a 【 H o n g y a n g C o m m u n i t y ， L u o y a n g T o w n ． H u a i a n g C o u n t y ， G u a n g x i Z h u a n g A u t o n o m o u s R e , o n ，H u a n j i a n g 5 4 7 1 0 5 。 C h i n a Ab s t r a c t W h e n t h e p r e s s u r e i n t e n s i t y o f g a s mo l e c u l e s i s b Ma n c e d，t h e mu t u a l d i s t a n c e o f g a s mo l e c u l e s， n a me l y r p ，i s o n e of t h e mo s t i mp o r t a n t p a r a me t e r s i n t h e s t u d y i n g o f t he mi n i mu m pot e n t i al e n e r g y a n d s t a b l e s t a t e o f g a s mo l e c u l e s．I n t h i s a r t i c l e，b a s i n g o n t h e e q u a t i o n o f g a s mo l e c u l e s p r e s s u r e i n t e n s i t y，t h e c a l c u l a t i o n s t e p s o f r p n u me ri c a l v a l u e i s s t u l i e d a n d d i s c u s s e d，a n d i n t e g r a t i n g wi t h t h e a c t u a l t e mp e r a t u r e o f c o al s e a m i n g a s d i s c h a r g i n g，t h e nu me r i c a l v alu e o f r p i s c a l c u l a t e d． Ke y wo r d s p r e s s u r e i n t e n s i t y b a l a n c e o f g a s mo l e c u l e；mu t u a l d i s t a n c e o f mo l e c u l e s ；c a l c u l a t i o n s t e p s；n u me r i c a l v a l u e o前 言 器 凳 募 嘉 由瓦斯 分子 间相互作用势 能 E与瓦斯分 子间距离 r的 处于稳定状态⋯。由此可见 ， r e 是研究瓦斯分子最低势能 和 跃进煤 矿发生的几次 大的 冲击 地压显现 特征均为 回采巷道 强烈底臌 ， 局部区域有片帮， 其原因一是采 用分层开采 ， 先采 顶分层 ， 底板为强度较低 的煤层 ， 二是 巷道采用锚网支护 ， 顶 板和两帮都 打锚 杆和铺 网 ， 而底 板未支护 ， 成为 能量释放 的 突破 口。在支承压力 和构造应力作用下 ， 底部煤层受 到水 平 力和向上的推力 作用 ， 同时受 到上部支承压力 的向下的压力 作用 ， 使该煤层积聚 弹性 能 ， 从 而形成 了发生底板破 坏型 冲 击地压的条件。因此 ， 回采巷道底 板必须 采用加 固措施 ， 如 打底板锚杆或采用拱形护底支架等。该矿现对 2 3 1 3 0 工作面 下巷采用⋯ O’ 型棚支护 ， 如 图 1 所示 。 5 结束语 1 在摘清冲击机理基础上 ， 应 健全冲击地压预测技术 。 采取矿压观测 、 电磁辐射监 测 、 钻 屑法和微震等综合 预测 手 段 ， 对冲击危险时间 、 区域及程度进行综合预测 预报 ， 为冲击 地压的正确 防治奠定基础。 2 优化开采方法。采取避免形成高应 力区的巷道布置 方法 和开采措施 ， 减 少阶段煤柱 ， 进行沿 空送 巷， 避免相 向开 采 和形成孤 岛工作面 。 3 控制推进速 度和采用 锚网索 支护等防 护措施 ． 进 行 全断面可缩支护 ， 消除 冲击 弱面 ， 提高工作 面及巷道 的抗灾 能力， 大幅度减少 回采期 间伤亡事故 的威胁 。 { { | | | ／ ． | ’ i f ． ， 星 c ； i l 上目 O ■ 0 i 下 } l，， ，D峨 ● 1 ￡ ； 帮i 巍 ．1| ● ● 一 l 一 l 帮 ’ l { J ．一 { ≥鬃 1 图 l 2 3 1 3 0下 巷 3 6 U型 钢 0形 棚 巷 道 断 面 图 4 加强人身安全防护措施的落实 。从清理作业 环境人 手 ， 严格落实佩带防震帽 、 防震背心、 延长躲炮 时间等安全 防 护措施 ， 确 保作业人员的人身安全 ， 杜绝死亡事故的发生。 5 工作面周 围煤岩体中的能量存在积 聚、 转移 、 释放 的 过程 ， 而冲击地压的防治必须采用边 回采 、 边监测 、 边治理 的 动 态 防治 技 术 。 收 稿 日期 2 0 0 80 60 5； 修 订 日期 2 0 0 80 71 5 作者简 介 王子佳 1 9 5 3一 ， 男 ， 广西玉林人 ， 助理工程师 ， 现在广西环江县洛阳镇红 阳社 区从事 瓦斯研 究工作 ， 已发表论文 1 0 余篇。