地压管理

地压管理（精选10篇）

地压管理 篇1

1 前言

随着全球经济的不断发展,特别是新兴经济体的快速崛起,全球金属材料的需求迅速增加,从而促进了世界范围的矿产资源开发速度不断加速。其结果是全球矿产资源的加速消耗;容易开采、易于开发利用的矿产资源迅速枯竭,浅部资源迅速耗尽。不得不转向地下深部资源的开发利用,特别是全球的黄金开采业情况尤为突出。

2 深部开采

2.1 南非深部开采情况

曾经的世界第一产金大国南非,其黄金产量从1933年到2000年曾经连续60多年保持在400t以上,甚至创下超过1 000t的纪录。据有关文献统计[1,2],到20世纪90年代末期,南非已经有将近50%的黄金产量来自2 500m以下的深部地下矿床。而到201 1年这一比例上升到60%以上,预计到2015年,南非50%的黄金产量将来自3 000m以下的超深矿床,如图1和图2所示。其中,安格鲁·阿善提黄金公司的Mponeng金矿,其开采深度在201 1年已经达到3 777m。个别金矿的规划开采深度达到6 000m。南非三大黄金公司在南非境内的金矿的开采深度及产量情况见表1。

注:资料来自各公司年报。安格鲁和金田公司的数据为2011年实际完成情况,哈默尼公司为2012年数据。

为了应对深部开采带来的诸多特殊问题,南非黄金生产企业及其相关行业开展了多种形式的研究,在深部开采方面开发了一系列实用技术,积累了丰富的经验。在1997年,由南非兰德大学、南非科学与工业研究委员会采矿技术分会、南非矿业协会以及南非研究开发基金共同发起了一个综合性研究计划——“深部矿山”研发计划[3]。该计划集中了南非矿业界产学研的科技力量,利用行业的研发基金,旨在为超深开采开发安全高效、经济合理开采技术。在该研发计划之下,设立了深部矿体地质勘探与评价、深部矿山规划设计、深部竖井设计与施工、深部开采提升运输系统、超深井巷支护、深部矿体采矿方法、深部开采采场支护、岩爆监测与预警、通风制冷、职业健康与安全等145个子项目。参与该课题计划的研究人员多达250余人,截止2002年累计投入研发资金6 520万兰特(约1 030万美元)。

另外,深部开采的课题,在全球矿业领域越来越受到重视,在南非等矿业发达国家的主持下,迄今已经召开6次深部开采的国际学术研讨会。

2.2 我国的深部资源开采情况

我国的情况也不例外,深部资源开发具有很大的潜力可挖。尽管目前我国黄金工业对黄金资源的开发利用大多数还停留在1 000m以上,1 000m以下资源的勘查开发基本上还是刚起步,甚至包括其它金属矿山开采深度超过1 000m的也为数不多[4]。其中,云南会泽铅锌矿开拓深度1 578m,目前采矿深度达1 300m;辽宁红透山铜矿开采深度已达1 200 m;辽宁本溪思山岭铁矿正在施工的竖井深度设计为1 503.9m。过去十多年,探明资源消耗非常快,近几年每年平均消耗地质资源大约500t以上所以,加强对深部资源的勘探和开发利用意义非常重大。首先,这是应对浅部资源加速消耗,维持黄金工业可持续发展的需要。其次,在已有矿山开发深部资源,可以最大限度地利用和发挥现有基础设施和矿山开采系统的作用,减少矿山基本建设投资,提高整个行业的整体效益。但是,我国黄金工业,乃至整个矿业领域,对深部开采技术研究较少,更重要的是缺乏生产建设的实践经验。充分了解和研究国外矿山深部开采的案例,特别是南非金矿深部开采的技术开发和应用,对于我国黄金资源深部开采技术的开发具有非常重要的意义。

2.3 深度开采分类

根据矿床在不同开采深度所面临地压的问题,国内一些专家将矿山开采深度分为四大类[5]。

(1)开采深度小于300m,称浅部开采。在此深度内采矿时,一般地压显现不严重。即使发生地压活动,也属静压问题,易于处理。

(2)开采深度为300～500m,称为中等深度开采。在此深度内采矿时,根据矿体赋存条件、矿岩的物理力学性质,在掘进采准巷道或开拓的过程中,可能发生轻度岩爆,如岩石弹射等现象。

(3)开采深度在500～2 000m为深部开采,在此深度下开采,存在由于地压产生的严重应力灾害的危险,地热、通风对开采作业构成重要影响。

(4)开采深度超过2 000m为超深开采,岩体开始向塑性发展,原岩应力呈现流体压力特征。

而南非则把上述分类分别确定为[6]:1 000m以内为浅部;1 000～2 000m为中等深度;2 000～3 000m为深部开采;3 000m以上为超深开采。南非有的专家认为3 500m以上为超深开采。

3南非金矿深部开采的工程技术条件

根据美国地质调查局的数据,南非黄金的基础储量为36 000t,储量为6 000t,居世界第一位,约占全球黄金资源储量的40%。

南非98%的黄金矿床分布于德兰省和自由省交界处的维特沃特斯兰德盆地(Witwatersrand),简称兰德盆地。兰德盆地长约280km,宽140km。世界几大黄金生产商,如安格鲁、金田、哈莫尼的大型金矿都集中在这一区域。该地区共有7个矿田,主要产金的矿山约35座。其中金田公司的得律方丹金矿,现在的年产量约70t左右。

绝大多数矿床产于独特的古砾岩型金铀矿床,属于元古代原始地台坳陷及原始地槽坳陷区的含金或含金一铀砾岩金矿,是世界各类金矿中储量、产量最大的矿床类型。矿石矿物以砾岩为主,少量为石英岩,南非这种砾岩型金矿床的特点是矿体连续,倾角较缓,厚度较薄(一般1～2m,大多数不足1m),品位较高且比较稳定(一般为6～25g/t)。如图3所示,兰德型金矿床延伸达数千米深,主要含金矿层为上部的文特斯多普接触型矿脉(Ventersdorp Contact Reef,简称VCR)和下部与之平行分布的碳质主导型矿脉(Carbon Leader Reef,简称CL),倾角10°～30°,大部分矿体的倾角在20°左右[7]。矿体形状为板状,上下盘围岩也多呈板状,岩石比较坚硬,稳固性较好。

由于兰德型金矿床的特性极大地限制了大规模机械化采矿方法在南非金矿开采中的应用。在南非金矿开采中应用最为广泛的采矿方法为长壁式开采,这种方法原来是薄煤层开采的主要方法之一,南非将其移植到黄金开采中开发了许多变形方案,但基本原理没有本质上的改变。在采场凿岩采用手持式风动凿岩机,出矿用传统的电耙,中段运输采用有轨电机车。在南非深部开采中应用比较普遍的采矿方法如图4、图5所示[8]。

4 南非金矿深部开采的地压管理及岩爆监测预防技术

据统计,在南非的黄金矿山,由于岩爆和岩石冒落事故造成的工伤人数占全部工伤事故总人数的25%,而其中50%的死亡事故与岩爆和冒落有关。

对于深部开采的岩爆问题,南非一些金矿早在20世纪50年代便开始有计划的研究。但当时的主要目的是为采矿方法、井巷掘进服务,研究的范围仅限于局部地压显现情况的监测与治理措施。比如采场局部卸压技术、井巷支护与监测技术等。70年代,微震技术开始引入对岩体应力活动的监测,并很快得到广泛应用。80年代,有的研究者将次声技术应用到对岩体的监测中。到了90年代,大部分金矿的开采深度超过2 000m,深部岩体的地压管理问题日渐突出,因而也加速了各种技术的开发与综合应用。其中南非的安格鲁黄金公司还成立了专门从事岩爆研究的机构,特别是计算机模拟技术的迅速发展,极大地促进了岩体力学理论在地压管理方面的应用。微震技术、数字通信技术的不断升级,为地压活动研究和岩爆监测与预防提供了坚强的技术支撑。现在,南非的深部开采金矿基本上都建立了完善的岩震监测系统,可以及时观测岩震情况,采集岩震数据,以便技术人员对岩体地压活动进行分析判断,并且定期提出分析报告,提出采取地压管理措施的建议。

南非黄金矿山深部开采地压管理研究的主要特点如下[9,10,11,12]。

(1)注重宏观研究与微观研究的结合。首先从深部矿体所处的原岩应力环境入手,通过理论分析和实际测定,对矿区深部的原岩应力场分布进行数字描述,建立相应的数学模型,作为整个矿区地压管理的基础。

(2)将地压管理研究与矿区地质工作结合起来。专门研究矿床及其围岩中断层、节理、裂隙、弱面、夹层等各种地质构造对应力分布、岩震传播的影响,以及这些地质构造在岩体开挖活动中的变化情况和表现形式等。

(3)详细研究开采活动与地压活动的联系。深入研究开采活动与岩震的关系,二者在时间,空间上的变化情况。为此,对开采工艺的每个环节前后岩体中的岩震情况进行连续观测,特别是爆破落矿前后的岩震变化情况从而找出开采活动几小时后、几天后,岩震和岩体地压的变化规律,以及开采活动在空间上对岩震和地压分部的影响范围,进而为采场顶板维护和岩爆防治提供技术依据。

(4)采取多种措施强化采场顶板维护山于南非金矿床的特殊地质赋存条件,其采矿方法基本上以长壁式为主,采场地压活动的破坏性危险主要是顶板闭合,如图6所示。为了应对这种情况,南非金矿在深部开采中对采场采取了多种支护方式[8]。除了必须预留的间柱、顶底柱之外,采场支护主要用传统的木垛支护、枕木一混凝土枕交错的复合垛支护,木垛又分为空心垛和实心垛,见图7。局部还采用液压支柱临时性支护,以便对开挖后的顶板提供快速支撑。

图8是一种钢管与坑木的复合型点柱,将坑木车削后套入钢管,坑木比钢管略长,这样可以利用坑木的柔性,便于使点柱紧密地与顶底板接触,外套的钢管既可以增加点柱的强度,又能防止坑木的腐烂这种点柱一般用作永久性支护措施。

根据调查研究情况,南非金矿深部开采中岩爆的主要表现形式有5种:工作面爆裂,如图9所示;断层滑动;岩墙接触错动;矿柱垮塌;采空区冒落。

为了应对工作面爆裂的情况,可以采取卸压爆破的措施。即在工作面回采之前,先在矿体下盘按照一定角度打一个中深孔,进行预先爆破,以此部分地释放集中在工作面的应力,使回采工作在较小的应力环境下进行,从而保证采场作业的安全,如图10所示

5对我国金矿深部开采的启发

通过对南非金矿深部开采技术的发展过程与工程技术在实际应用中特点的了解,对照我国矿山的开采技术现状,可以得到以下几个方面启发和认识。

(1)深部开采涉及的技术问题范围广、影响因素复杂,决不能简单地认为仅是地压和地热的问题。否则,只能解决局部的问题,更不能适应深部开采的迅速发展。因此必须进行全面的调查研究,从工程地质条件、开采技术、工程技术标准、生产建设安全、环境保护和职业健康等各个方面进行综合考虑。南非的“深部矿山”技术开发计划的实施值得参考和借鉴。

(2)应该允分发挥社会协作机制的作用,不能仅靠一两家研究机构单打独斗。应该通过矿业技术联盟或者其它形式的协作机制,统一组织研究力量,制定详细的开发研究战略和计划,明确分工与职责,分步实施,定期检查。以期早出成果,服务行业。

(3)因为深部开采涉及许多工程技术标准问题和生产建设的安全问题,需要通过行业提出,建议相关部门尽快组织专家研究制定相应的工程技术标准和安全规程。如竖井设计、提升机、钢丝绳,深部制冷、通风、排水等。

参考文献

[1]Pickering R G B.Deep level mining and the role of R&D[J].The journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy,Sept/Oct,1996:173-176.

[2]Willis P H.Technologies required for safe and profitable deep level gold mining,South Africa[J].CIM Bulletin,2000,93(1036):151-154.

[3]Durrheim R J,Diering D H.The transfer of knowledge produced by the DEEPMINE Research Programme:A critical evaluation[J].The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy,July/August,2002;261-268.

[4]胡社荣等.千米以上深矿井开采研究现状与进展[J].中国矿业,2011,(7):105-110.

[5]深部开采深度分类、开拓与采准.选矿技术网.http://www.miningl20.com/html/0808/20080818_12298.asp.

[6]Schweitzer J K,Johnson R A.Geotechnical classification of deep and ultra-deep[J].Mineralium Deposita,1997,(32):335-348.

[7]Diering D H.Ultra-deep level mining—future requirements[J].The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy.Octorber,1997:249-256.

[8]Mosenlhal H G.Sloping in Witwatersrand gold mines during the past forty years[J].The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy,1990,90(9);243-255.

[9]Willis P H.Technologies required for safe and profitable deep level gold mining[J].CSIR Bulletin,January,2000:151-155.

[10]Brown E T.Progress and challenges in some areas of deep mining[M].Deep Mining 2012,ISBN 978-0-9806154-8-7:1-24.

[11]Ogasawara H,Sato S,S.Nishii,N.Sumitomo et al.Semi-controlled seismogenic experiments in South African deep gold mines[J].The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy,May/June,2002:243-250.

[12]A.M.Milev,S.M.Spottiswood.Strong ground motion and site response in deep South African mines[J].The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy,Aug,2005:515-524.

采掘工作面冲击地压防治 篇2

关键词:集束卸压孔 弱面结构 应力传递 消耗能量

中图分类号:TD713文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0129-01

目前,采煤工作面发生冲击地压的部位,一般都是在上超前和工作面上头,掘进工作面主要是在工作面后部一定范围内,防治冲击地压的方法,主要是采取对抗法或卸压法。对抗法因为材料等因素的局限,较难达到目的。卸压法确实能起到卸压作用,但不能真正消除冲击地压危险。为能够更好地防治冲击地压,认真分析现有防治冲击地压的技术方法,提出下面集束卸压孔防治冲击地压的方法。

现有的解决冲击地压方法中的对抗法,就是给棚加固法,增强巷道支护,包括架棚喷砼打锚索,以阻挡围岩的冲击。由于来自应力集中地段的围岩压力能量巨大,当地压冲击没来时,还可以维护巷道的完好,一旦发生冲击,面对强烈的地压冲击,这种对抗式支护几乎不起作用。而注水软化法和爆破预裂法,应当属于破坏岩体结构的一种卸压法,虽不属于对抗法,立意较好,但之所以效果不太好,是因为注水法不但没有减少压力集中区物质量,又注水使岩石产生膨胀附加应力而增强压力集中区的应力。爆破预裂法虽然能破坏岩石的单向结构,但取岩量不够,预裂的岩石因为碎胀,可能传递应力的能力进一步增强,并又附加了一个碎胀应力,所以目前的注水软化法和爆破预裂法,不但没有有效地减小高压区的压力或阻断压力传递,相反却增强了冲击地压发生的可能性与强度。

对于掘进工作面,可经过卸压钻场,向巷道周围一定范围内打足够量的钻孔,形成集束钻孔,将巷道周围的岩石除维护巷道结构的以外,足够量地取出,以形成能够被集中应力破坏的结构弱面,破坏的结构弱面不能传递或有效地传递应力,从而阻断应力传递和消除采场内高应力区,防止产生冲击地压。对于采煤工作面,在外部前方一定距离施工卸压钻场,经卸压钻场向( 将)需要消除高压和阻断顶板压力传递处打集束钻孔按量取岩形成结构弱面,并且可再对集束钻孔选孔装药进行结构破坏,因破碎的岩石无法充满取岩区域传递应力,从而达到卸压目的。

由于该法是在巷道或工作面的一定区域,在围岩取出位置人为形成一个弱面空间,当该位置进入应力集中区域时,集中的应力超过该弱面的结构强度时,该空岩管的围岩会压碎填充空岩管,对应于取岩量的多少,减少或不发生底鼓帮鼓。空岩管初次破坏后,即弱化或阻断该处应力传递,应力会发生重新分配,峰值部分会向深部或远离巷道处转移,远离需要保护的巷道或局部工作面。當发生地压冲击时,主要作用于破坏的集束岩管保护范围以外区域, 由于该弱面空间只受到较小的应力作用,并进一步产生破坏,消耗冲击能量,剩余的冲击能量则不足以破坏巷道或局部工作面或岩管之间预留的围岩,从而保护巷道不受冲击或减弱冲击破坏作用,确保巷道内的人员和设备安全,使生产得以连续进行。

集束卸压钻孔完工后,应通过微震仪反应,观察集中应力区的岩爆变化,如卸压作用不够明显,说明剩余孔边岩柱的强度还大于集中应力的破坏作用,有必要对卸压钻孔装药爆破,以便在岩体弱面内形成较好的阻断效果。

对于采煤工作面,施工集束卸压钻孔后,会出现应力集中区域从风巷附近向下部工作面和深部煤岩体转移现象,深部煤岩体在集中应力作用下,可能会出现岩爆,但不会影响到外部工作面。离开风巷的下部工作面,近硬帮处发生岩爆,可能对工作面还有一定影响,比起风巷处发生冲击地压,因为有液压支架支撑,则可以保护人员的安全。对于掘进工作面,两帮顶板施工集束钻孔卸压后,去掉了巷道两帮的应力,使两帮的应力转移到深部岩体,从而弱化对底板岩体的侧向应力作用,达到使底板岩体不发生应力蠕变底鼓或冲击底鼓的目的。

打这种取岩卸压孔,需要保证在垂直钻孔的横断面上,达到一定的取岩量。参照回采冒落岩石膨胀系数一般为1.2～1.3,提示取岩量应当达到0.2～0.3。如果采用直径200mm钻孔,达到单位断面上0.2的岩石取出量,则相邻孔边距为200mm。如果在19m×2m范围内,则需要237个钻孔。这相当于在垂直风巷断面工作面顶底板围岩中,取出了3.8m×2m断面的岩量,足以减小风巷上下帮和顶底板向巷道内的膨胀或冲击。如采用0.3m孔径,孔边距0.3m,单位断面上也为0.2取岩量,效果与上述相同,只需要约106个孔。为保证钻机钻进中途不出现交叉,可以先打100mm细孔,然后扩孔达到所需单位断面取岩量。每孔长70m打106个钻孔,每孔施工时间2个小班( 二次成孔,先打一较小直径的钻孔,再进行扩孔达到要求直径),需要71天。三台钻机同时施工则约需要24天。以上为参照回采冒落岩石碎胀系数为1.2时,确定的单位断面的取岩钻孔直径和数量。由于巷道的围岩并没有沿重力线发生明显的冒落,只是破碎后基本处于原位附近,碎胀系数应小于0.2,所以单从阻断应力传递方面,钻孔直径可能可以选小一些,钻孔间距可能还可以选大些,实际施工时也许会更方便些—— 有利于避免钻孔交叉现象。如考虑巷道围岩挤入问题,孔径相对于孔边距也许应选大些。这些数值问题,可在实际工作中进行总结,根据效果加以调整。实际施工中可能还会因为裂隙导通,出现邻孔返水情况,可以封闭已施工返水钻孔解决。还可能在应力集中区出现塌孔卡钻现象,可能需要在钻头后部圆周安装合金牙,以便解决如钻头进入应力集中区时出现的塌孔现象。

卸压钻孔装药爆破,需要特制形状的火药,火药直径和钻孔直径应匹配;每隔一定距离需要一个起爆雷管,雷管脚线长度,从70m到10m,应该有依次相差2～3m的不同规格。

在施工钻孔取岩时,在单位断面或容积内取岩量需要达到一定值,必须近距离平行施工钻孔。这有一定的难度,需要操作熟练的钻机工,依靠长期打钻过程中积累的经验(采取准确固定钻机、扩孔法等)及性能良好的钻机,确保平行钻孔能够按参数施工,防范可能出现的卡钻问题,确保取岩工作能够顺利进行。

煤矿冲击地压及其防治 篇3

1 煤矿发生的冲击地压显现的特征

1) 发生前通常没有明显前兆, 冲击过程短暂, 持续时间几秒到几十秒。2) 通常表现为煤爆、浅部冲击和深部冲击。发生煤爆时, 煤壁爆裂, 并伴随有小块煤体抛射现象;浅部冲击发生在煤壁2~6m范围内;深部冲击发生在煤体深处, 声如闷雷, 破坏程度不同。常见有煤层冲击, 也有岩层的顶底板冲击。在煤层冲击中, 一般表现为煤块抛出, 还有的是十平方米的煤体整体移动, 并伴随有巨大声响、岩体震动和冲击波。3) 冲击地压的危害严重, 既破坏正常生产, 还严重威胁井下人员的安全, 发生时可造成煤壁片帮、顶板下沉和底鼓、支架折损、设备移动、巷道堵塞和人员伤亡。4) 在自然地质条件上, 各种煤种都有冲击地压记录, 开采深度从200m到1056m, 地质构造从简单到复杂, 煤层从薄到特厚, 倾角从水平到急斜, 顶板包括砂岩、石灰岩, 油母页岩都爆发过冲击地压。

在生产技术条件上, 炮采、普采和综采, 等各种采煤工艺, 长壁、短壁、巷柱、倾斜分层等各种采煤方法, 都过冲击地压。我国煤矿发生冲击地压的典型条件是煤的强度较高, 性脆, 顶板一般为厚度和强度均较大的砂岩。根据应力来源, 冲击地压可分为重力型、构造应力型和二者并有的重力构造型。

2 冲击地压的类型

2.1 厚层难冒坚硬顶板条件下的冲击地压

在直接顶较薄, 采高又较大的长壁垮落工作面, 初次来压前, 基本顶可视为两端固定的梁, 初次来压后可视为一端固定的悬臂梁。由材料力学可知, 两种梁的弯曲变形能与梁的跨度或悬伸长度的五次方成正比, 即跨度或悬伸长度越长, 积聚的能量越多。厚度越大的坚硬顶板越不容易垮落, 跨度或悬伸长度也越长。因而, 厚层难冒坚硬顶板发生冲击地压的可能性较大。

2.2 构造应力型冲击地压

煤系地层中程度不同地存在着断层、褶曲和局部异常, 如底板凸起、顶板下陷、煤层分岔、变厚、变薄或尖灭、倾角急剧变化等构造带, 这些构造带中存在着残余应力, 形成构造应力场, 构造应力型冲击地压发生在构造应力比较集中的区域。

2.3 柱式体系开采条件下的冲击地压

柱式体系采煤法包括房柱式、巷柱式、刀柱式、短壁小阶段、漏斗式 (水采) 等采煤法, 这些采煤法开掘巷道多, 巷道交岔多, 发生冲击地压的可能性要高于长壁采煤法。

2.4 深矿井重力型冲击地压

深矿井重力型冲击地压主要受开采深度影响, 从我国新坟、开滦和徐州等矿区深矿井中发生的冲击地压情况来看, 深矿井重力型冲击地压有如下特点。多数冲击地压发生在采煤工作面的回采巷道中, 一部分发生在采煤工作面。由于侧支承压力作用, 采煤工作面回风平巷中发生的次数多于运输平巷中发生的次数, 这类冲击地压多与前支承压力有关, 在前支承压力和侧支承压力峰值叠加区内最容易发生。

回收多侧采空的煤柱或在煤柱下方开掘巷道易发生冲击地压。煤柱是产生应力集中的地点, 多侧采空的煤柱受多个方向集中应力的叠加, 煤柱内的集中应力不仅对本煤层开采有影响, 而且也使下部煤层形成冲击条件。

在逐渐加深和增多的深矿井中, 有冲击地压的深矿井将呈增加趋势, 厚层坚硬顶板、发育的地质构造和柱式体系采煤法, 这些因素中的其中一项存在或同时存在, 将使深矿井冲击地压的频次和强度加剧;根据我国几十年来防治冲击地压的实践, 已发生冲击地压的矿井采取一定措施后, 冲击次数已有明显减少。

3 防范冲击地压的根本措施

对有冲击倾向的煤层, 避免冲击地压要应用综合技术手段, 降低应力集中程度或使应力峰值向煤体深部转移;改变煤岩的力学性能, 削弱其积蓄和骤然释放弹性能的能力;避免冲击地压的危害。

3.1 合理开采部署

深矿井新采区或新区段的投产要保证合理的开采顺序, 防止形成多侧采空的煤柱后再回收。深矿井采煤工作面的回风平巷应力求完全沿空掘巷。在采煤过程中如果回风平巷不能满足生产时, 重新掘巷的位置要选在煤体边缘, 杜绝在前支承压力和侧支承压力峰值叠加区中补掘巷道。首采煤层或上部煤层应尽量多采, 不留或少留煤柱。在未进行有效的处理前, 避免在侧支承压力峰值区中开掘本煤层的巷道或在同组底部煤层中开掘巷道。在深部开采过程中, 要尽可能布置岩石上下山, 对这些上下山进行跨采, 防止留设两侧采空甚至三侧采空的上下山保护煤柱;在上下山附近杜绝两侧同时开采。

深矿井中不适合采用柱式体系采煤法, 杜绝采用房柱式采煤法回收已留的煤柱。

3.2 煤层注水

煤层注水可以改变煤体的结构, 软化煤层, 增加塑性变形, 使煤体的强度和积蓄弹性能的能力下降, 使冲击倾向减弱。多数煤层注水后, 冲击倾向要降低一个等级。注水能使支承压力峰值降低, 使峰值位置向煤体深部转移, 达到改变煤体 (或局部煤体) 应力状态的目的。

3.3 开采保护层

《规程》规定:“开采煤层群时, 首先开采无冲击地压或弱冲击地压煤层作为保护层。”开采保护层是为消除或减轻邻近煤层发生冲击的危险, 煤层开采后在开采区间附近的顶板和底板中形成应力降低区, 位于应力降低区内的被保护层所承受的应力下降, 发生冲击地压的危险程度也相应减小。

摘要：煤矿发生的冲击地压显现有其特定的特征, 冲击地压有厚层难冒坚硬顶板条件下的冲击地压、构造应力型冲击地压、柱式体系开采条件下的冲击地压、深矿井重力型冲击地压等类型。防范冲击地压, 要采取合理开采部署、煤层注水、开采保护层等措施。

关键词：煤矿,冲击地压,防治

参考文献

[1]孙学会.复杂开采条件下冲击地压及其防治技术, 北京:冶金工业出版社, 2009.

[2]徐永圻.采矿学, 徐州:中国矿业大学出版社, 2005.

[3]孙先尘, 钱鸣高等.中国采煤学, 北京:煤炭工业出版社, 2003.

[4]刘卫方, 张荣玉.冲击地压发生机理综述, 矿业工程, 2006.

地压管理 篇4

【关键词】冲击地压；机理；防治措施；预报预测

前言

煤矿属高危行业，受水、火、瓦斯、煤尘、顶板五大自然灾害威胁十分严重，近年来，随着我国煤矿开采深度的不断增加，冲击地压的显现不断发生，这种自然灾害一旦发生，给人身安全造成极大威胁，威胁着职工人身安全和矿井安全生产的长治久安。为了掌握冲击地压发生机理与防治技术，保障矿井安全，在管理上、技术上、装备上采取针对性的措施，实现煤矿安全生产长治久安，提高经济效益有十分重要的意义。

一、冲击地压的概念、特征、类型

1、冲击地压的概念

冲击地压是采场周围的煤岩体，在其力学平衡状态破坏时，由于弹性变形能的瞬间释放而产生一种以突变、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象，它具有极大的破坏性。冲击地压是一种特殊的矿山压力显现。

2、冲击地压的特征

（1）暴力性：直接将煤岩动力抛向巷道、工作面，引起强烈的震动，产生强烈的响声，造成煤岩体破断。

（2）突发性：无预兆，过程短暂，持续时间几秒到十几秒，难于预报发生的时间、地点和强度。

（3）破坏性：大量煤岩体抛出，堵塞巷道，破坏支架，造成惨重的人员伤亡和财产损失。

（4）震动性：像爆炸引起强烈震动，使重型设备发生位移，人员弹起摔倒，震动波及范围可达几公里甚至十几公里，地面有地震的感觉。

3、冲击地压的类型

（1）压力（煤柱）型：煤柱在高压力作用下，由于采场周围煤岩体中的压力由亚稳态增加至极限值，其聚集的能量突然释放，造成煤岩体的冲击破坏。

（2）冲击型：由于煤层顶、底板岩石坚硬且较厚，岩层的突然破断或滑移造成采场周围煤岩体冲击破坏。

（3）复合（压力型和冲击型）型。

二、影响冲击地压发生的原因及因素

（1）自然地质因素：主要包括受采深、地质构造及煤岩结构和力学影响

一般在达到一定开采深度后才开始发生冲击地压，此深度称为冲击地压临界深度。临界深度值随条件不同而异，一般大于200m。总的趋势是随采深度增加，冲击危险性增加。这主要是由于随采深增加，原岩应力增大缘故。

地质构造如褶曲、断裂、煤层倾角及厚度突然变化等也影响冲击地压的发生。宽缓向斜轴部抑郁形成冲击地压；断裂犹如一个开采边界，若回采方向朝向断层面，则冲击危险增加；煤层倾角和厚度局部突然发生变化地带，实际是局部地质构造应力积聚地带，因而极易发生冲击地压。

关于煤岩结构及性能的影响。坚硬、厚层、整体性强的顶板（老顶），易形成冲击地压；直接顶厚度适中，与老顶组合性好，不易冒落，冲击危险较大；煤的强度高、弹性模量大、含水量低、变质程度高、暗煤比例大，一般冲击倾向较强。

（2）开采技术因素：开采多层煤时，任何造成应力集中的因素，如开采程序不合理、本层回采不干净、相邻两层开采错距不合适等，均对防治冲击地压不利。

从防治冲击地压的角度而言，壁式开采优于柱式开采，旱采优与水采；直线工作面优于曲线工作面，冒落法优于充填法。

煤柱和开采边界是最主要的应力集中因素，应尽量避免和减少这些因素的有害影响。

一般讲，随开采速度和开采强度增加，冲击危险性有加大的趋势。

三、冲击地压的发生机理

冲击地压发生的过程是煤岩的流变到突变的过程，产生的脆性破坏是载荷发生跳跃、应力总和超过极限，发生立即破坏，而延时破坏是正常载荷的作用下，经过一定时间的破坏，从流变到突变。煤岩体的损伤速度与岩体活动性及瞬间释放能量、变形速度成正比。顶板强度越大，冲击倾向性越强；顶板高度越高，冲击倾向性越强。

冲击地压机理是指形成冲击地压的内在规律，它不同于一般的外部影响因素或发生条件，也有别于诱导因素。

根据力学观点，也可将冲击地压简单的理解为煤岩体的突然破坏，据资料显示，也可用强度准则、能量准则和冲击倾向度准则加以概括。

强度准则：即矿山压力大于煤体—围岩力学系统的综合强度。

能量准则：即煤体—围岩力学系统所释放的能量大于其破坏所消耗的能量。

冲击倾向度准则：即煤体的冲击倾向度大于试验所确定的极限值。

强度准则是煤体破坏准则，能量准则和冲击倾向度准则是突然破坏准则。三个准则同时成立，才是产生冲击地压的充分和必要条件。

根据资料，冲击地压往往伴随着井下生产过程的某些工序的进行，如爆破、冒顶、采煤等而发生，这些因素称为诱导因素，诱导因素本身的能量可能很小，但其诱发冲击地压的放大作用是可观的，因而诱导因素也是发生冲击地压的一个不可忽视的因素。

四、冲击地压的防范及治理措施

（1）冲击地压矿井必须组建专职防冲队伍，并设一名专职技术人员，开展正常的防冲工作；健全责任制和管理制度；编制防冲实施细则和防冲工作规划。

（2）优化采区开拓布局，合理安排工作面开采顺序，避免相向回采和形成孤岛煤柱。

（3）在冲击地压煤层中，进行双向掘进的巷道，错距不得小于50米；相向掘进的巷道，相距30米时，必须停止一头掘进。

（4）采用走向长壁后退式开采方法，全部冒落法管理顶板，若顶板坚硬，出现大面积悬顶时，应进行强制放顶，同时应进行顶板来压预测预报，并制定顶板来压期间的防冲措施。

（5）煤层注水可以使煤的结构发生改变，降低煤体的强度；使得煤体积蓄弹性能的能力下降，以塑性变形能方式消耗弹性能的能力增加。通过现场矿压观测记录的数据可知：煤层注水后，工作面支承压力的峰值降低，应力集中系数明显降低，顶板下沉速度明显增加，煤层的普氏系数降低，塑性增加。煤层注水可有效防治和减弱冲击地压的危险性。

（6）进行卸压松动爆破，诱发能量释放，采用爆破的方法减缓其应力集中程度的一种解危措施。卸压松动爆破属于内部爆破，主要作用是使煤层产生大量裂隙，使煤体的力学性质发生变化，弹性模量减小，强度降低，弹性能减少，降低煤体应力集中程度，局部解除冲击地压发生的强度条件和能量条件。

结语

煤矿冲击地压是矿井开采过程中的一种及其复杂而难以预测的一种矿山动力现象，导致其发生的不确定性因素很多，它使得采煤作业的安全风险提高。由于冲击地压具有突发性、瞬时震动性、剧烈破坏性和复杂性等诸多特点，导致其防治在全国乃至世界范围都是一个难题。本文主要从人才队伍建设、优化开拓布局、孤岛煤柱开采、巷道布置事项、具体防治措施等出发，比较全面的叙述了其防治措施，对于煤矿安全生产中冲击地压的防治具有一定的指导意义。

参考文献

[1]赵日峰.煤矿重大事故控制及冲击地压防治.中国文联出版社，2008年

鸟山矿井防治冲击地压设计 篇5

鹤岗矿区是一个老矿区, 井田呈南北分布, 共有九个矿, 14Mt/a。现在采深多在500m-800m, 随着采深的增加, 冲击地压现象越来越严重, 南面的峻德矿、兴安矿、富力矿和南山矿是冲击地压矿井。峻德矿发生冲击地压的煤层是3、9、17、23层, 兴安矿是17层, 富力矿是18-2层, 南山矿是15层和18-2层。自1998年富力矿发生第一起冲击地压事故到2011年6月末, 鹤岗分公司共发生中等以上冲击地压24次。

鸟山矿井是龙煤集团鹤岗分公司拟建新矿井。矿井首采煤层是3号煤层, 根据目前有限的岩样力学资料, 参照煤层赋存深度, 初步判断本矿井3煤层及其顶底板具有强冲击倾向性。

2 防治冲击地压的专门措施

2.1 矿压观测

沿工作面长度布置3个测区, 每个测区设7条观测线。每个测区包括3架支架, 分别为:从巷道起, 第5、6、7架;第15、16、17架;第35、36、37架;第55、56、57架;第75、76、77架;第95、96、97架;第106、107、108架。每组支架安装液压支架压力自记仪, 对工作面液压支架阻力进行监测。设专人24小时对液压支架压力自记仪进行监测, 并将测得的数值进行综合分析。

在顺槽观测超前工作面10m、20m、40m、80m、110m和150m六个位置的单体支柱工作阻力, 单体柱必须牢固可靠, 不影响行人运料的位置, 每天对监测数据记录一次并列表上图记载。

超前支承压力分布的观测采用顶板动态法, 在顺槽超前工作面10m、20m、40m、80m、110m和150m六处设置顶板动态监测点, 在运输及轨道顺槽布置12台动态仪, 监测点, 选择在顶板完整的位置, 对应底板各打钻固定一根锚杆, 每天观测一次顶底板移近量, 观测记录要真实可靠并填表存档。

在顺槽超前工作面10m、20m、40m、80m、110m和150m六处设置顶板离层监测点, 安装智能型顶板离层仪。

在顺槽超前工作面每20m处设置一个巷帮移近量观测点, 在两帮平行位置打两根锚杆, 共设五个观测点, 每天观测一次巷道两帮的移近量, 观测记录要真实可靠并填表存档。

顶板动态监测、回风道两帮收缩量监测随着工作面的推进每20m循环前移一次, 保持动态监测的连续性。由采煤队技术员负责监测并记录。

顶板破碎度统计观测采用全工作面监测方法, 选取10个测点进行监测。

2.2 冲击地压预测预报系统

本矿井配备一套微震监测系统 (SOS) 。

微震监测系统的主要功能是对全矿范围进行微震监测, 根据记录的单独时间参量及序列活动来评价冲击危险发生趋势。系统能自动记录微震活动, 适时进行震源定位和微震能量计算, 为评价全矿范围内的冲击危险提供依据。其原理是利用井下拾震仪站接收的直达P波起始点的时间差, 在特定的波速场条件下进行三维定位, 以判断破坏地点, 同时利用震相持续时间计算所释放的能量和震级, 并标注采掘工程图和速报显示给生产指挥系统, 以及时采取措施。目前该种系统国内外成熟的型号较多。

2.3 回采工作面冲击地压防治技术

试验研究表明, 水对煤岩的强度特性、变形特性和冲击倾向性都有着重要的影响。水对煤的强度的影响, 已被在实验室煤体进行的不同浸水和不同浸泡时间的大量试验研究所证实。煤块试样浸水随煤体含水率增加, 孔隙率和泊松比增大, 但其强度和弹性模量降低, 并在一定时间内, 随浸水时间的延长而加剧。

水对煤的冲击倾向有着显著的降低作用。国内外试验结果都证明, 注水煤样或是浸水煤样的冲击倾向都比未注水的煤样低, 现场实测也证明了这点。

注水后由于煤的结构发生改变, 导致强度下降, 变形特性明显“塑化”;煤体积聚弹性能的能力下降, 以塑性变形方式消耗弹性能的能力增加;煤的冲击倾向大为减弱, 甚至完全失去冲击能力。

煤层注水后其支承压力分布发生明显变化, 支承压力峰值有明显降低, 且支承压力曲线变为平缓。

2.4 掘进工作面冲击地压防治技术

2.4.1 大钻孔卸压

钻孔卸压的实质是利用高应力条件下, 煤层中积聚的弹性能来破坏钻孔周围的煤体, 使煤层卸压, 释放能量, 消除冲击危险。

钻孔卸压是防治冲击地压的积极措施, 钻孔直径为76mm-500mm。

根据条件类似本矿区其他矿井经验, 本设计采用的钻孔直径为113mm, 钻孔长度应穿过煤巷2侧煤壁至少12m以上, 通过钻孔卸压, 使应力升高区内移, 降低或避免冲击地压危险。

2.4.2 卸压爆破

2.4.2.1 顶板预裂爆破

当预测有严重冲击地压危险时, 必须采取解危卸压措施, 减缓应力集中的程度。掘进工作面均采用深孔卸压爆破法, 其操作方法:

在煤巷掘进工作面进行顶板预裂爆破断顶施工, 顶板预裂爆破断顶沿预测有冲击倾向的煤巷开始每间隔5m打一钻孔, 不得滞后掘进工作面20m, 在煤巷沿走向使用钻机进行顶板预裂爆破钻孔, 钻孔参数为:沿煤巷顶板上帮侧 (如为回采工作面顺槽, 则为回采工作面侧) 往下2.5m开孔打钻, 与煤巷走向夹角为5.5°, 水平仰角40°, 孔深66.8m, 5m移钻一次, 开孔距5m、终孔距5m, 孔径75mm (使用合金钢无岩钻头) 。

卸压爆破每孔装药量为30kg (装药段下端不得超过煤巷顶板法向距离10m) , 孔径为Φ75mm, 使用特制火药, 规格为:Φ45mm×400mm, 每5管火药用一个引药, 正向装药, 封孔使用4个水炮泥, 其外用黄泥封严、封实、封满、长度不小于25m。采用塑料管装时, 装药段必须割缝或钻孔。

施工顶板预裂爆破孔每次只放一个孔、并对爆破孔上图标注、现场挂牌管理。

2.4.2.2 煤层卸压爆破

⑴巷道掘进前必须采取边卸压边掘进施工, 迎头至少保证10m的卸压保护带。

⑵迎头卸压

迎头:距巷道底板0.8m、间距0.9m、按施工中心方向坡度0度向前施工4个, 长度15m;

2帮:距巷道底板2m、间距5m、按与巷道前进方向成30°夹角, 在巷道煤层赋存的方向沿煤层倾向各施工4个, 长度15m;最近的2个孔紧跟迎头。

⑶掘进工作面必须在卸压范围内施工, 钻孔超前工作面不少于5m。

⑷煤层卸压爆破孔直径42mm。

⑸迎头卸压孔每孔装药量为4kg, 每5管火药用一个引药、正向装药、孔内并联。

⑹封孔使用水炮泥, 水炮泥以外用黏土或黄土炮泥封实不得小于2.5m。

3结论

鸟山矿井防治冲击地压设计主要采取矿压观测、微震监测系统、煤层预注水、大钻孔卸压、卸压爆破等措施, 可有效防治矿井冲击地压发生, 并且此项设计在实际生产中得到应用, 取得良好效果。因此, 此项防冲专项设计为矿井安全生产提供技术支持, 为保证矿井的安全生产具有指导意义。

摘要：为防治矿井的冲击地压, 设计采用矿压观测、微震监测系统、煤层预注水、大钻孔卸压、卸压爆破等措施对矿井的采掘工作面进行防冲, 通过以上几项措施的有机结合, 取长补短, 从而有效防治矿井的冲击地压的发生。

冲击地压煤层采区巷道布置探讨 篇6

1 概况

1.1 矿井概况

煤矿位于某市境内, 矿井核定生产能力220万吨/年。矿井采用立井暗斜井联合开拓方式, 矿井共分三个水平开采, 水平标高分别为-505m、-850m及-1030m, 现主要开采-1030m水平。矿井主采煤层为3煤, 厚度平均8.5m, 采用综合机械化放顶煤开采。

1.2 采区概况

31采区位于-1030m水平南翼, 采区东部与北部为F14断层, 与32采区相邻;南部为井田边界, 与天安矿业星村煤矿相邻;西部为21采区的采空区。采区上部地表为村庄。

采区主采煤层为3煤, 均厚8.09米, 倾角平均11°。采区资源储量1442.8万吨。

采区地质构造北部相对较简单, 南部相对较复杂。构造以正断层为主, 走向近似平行, 断层延展方向呈南北向, 组合成地堑或地垒以及阶梯状的地层组合。煤层完整性受到破坏。

该矿为低沼气、低瓦斯矿井;煤层自然发火等级为Ⅱ类自燃;煤尘爆炸指数为35%;3煤层经鉴定为具有强烈冲击倾向性。

2 影响采区巷道布置的因素

(1) 煤层的冲击性:该矿3煤层具有强烈冲击倾向性。在本采区上部21采区2103工作面掘进及回采过程中曾发生过冲击地压现象, 因此随着开采深度的增加, 预计冲击地压的强度会加大, 所以冲击地压是本采区巷道布置要考虑的主要因素。

(2) 采区周边采空区情况:采区西部及北部皆为采空区, 本采区周边被采空区弧形包围。因此在进行采区巷道布置时, 应考虑将回采工作面的推进方向背离采空区, 以防止回采面的超前移动压力与采空区煤壁的支撑压力叠加, 而增大冲击地压的危险。

(3) 采区构造情况:本采区断层走向近似平行, 断层延展方向呈南北向, 落差较大的断层有采区北边界断层F14、采区南部3DF17断层, 南部边界断层F15-1。因此在回采面布置时要考虑将回采面的走向方向与断层走向平行, 这样既能防止回采面的超前移动压力不与断层带支撑压力反复叠加, 又能减少回采面过断层的次数。

(4) 采区上 (下) 山位置:若将采区上 (下) 山布置在采区中央, 在采区上 (下) 山两翼布置工作面回采, 由于双翼工作面相向推进, 因此工作面超前支撑压力相互叠加, 不利于冲击地压的防治。故在冲击地压煤层中, 将采区上 (下) 山布置在采区一翼, 可以减弱冲击地压的形成。

3 采区巷道布置方案

综合考虑以上影响采区巷道布置的因素, 结合矿井现有的开拓巷道布局, 确定该采区巷道布置如下:

在采区东部边界F14断层以东与2201回采面采空区之间布置两条采区下山至-1140m水平, 然后在采区下部边界沿煤层布置两条采区集中巷。回采工作面沿采区集中巷按倾斜条带布置。为了防止冲击地压影响, 两条采区下山布置在煤层底板岩石中, 采区下部两条布置在煤层中的采区集中巷去伪底施工。

两条采区下山分别为轨道下山、胶带下山, 两条采区下山之间以及采区下山与采空区之间间距皆为40m。采区轨道下山内安设绞车及架空乘人装置, 担负采区进风、辅助提升及行人任务。采区胶带下山内安设胶带输送机, 担负采区的煤流运输和回风任务。采区下部两条集中巷分别为集中轨道巷和集中胶带巷。

采区开采顺序:采区内回采工作面向远离采区上山方向开采, 回采工作面由上向下后退式回采。

4 采区冲击地压的预防

(1) 加强冲击地压的预测预报, 采用钻屑法、电磁辐射法、常规矿压观测法、地质动力区划法、含水率测定法等对冲击地压危险程度进行预测预报, 划分出危险区域, 重点监测。特别是在回采面初采、收尾、超前应力集中带, 以及掘进头、回采面过断层、接近老空区时要特别防范。

(2) 卸压解危。在工作面两顺槽距工作面150m范围内的回采面超前应力集中带的煤体中每5m一个点, 采用深孔爆破的方式进行卸压。其次, 根据每天的电磁辐射监测和煤粉量的检验情况, 对检验出的煤粉量超标的监测点采取深孔爆破的方法进行卸压解危, 释放集中压力。

(3) 煤层注水。通过注水使煤体软化, 从而改变煤体的物理力学性质, 降低煤层冲击倾向和应力分布状态。煤层注水后煤的结构发生变化, 致使煤的强度以及煤体弹性能的能力下降, 冲击倾向性也随着减弱, 有时会完全没有冲击能力。煤层注水采用的是长钻孔交叉的注水方法。顺着巷道走向的煤壁每10 m留1个钻孔, 并且孔长为60 m, 孔宽是65 mm, 利用封孔器进行封孔。在动压注水30h之后, 动压注水换为静压注水, 到巷帮湿润结束。在注水的过程中, 如果遇到煤层比较坚硬, 密度较大, 那么在注水孔的工作完成之后, 要在孔内装药进行爆破, 好扩展孔壁的裂缝数量, 以增大注水浸润的面积。

(4) 加大巷道断面。加大巷道断面, 预留巷道变形量, 释放应力积聚。

(5) 合理布局。采区内严禁布置两个及其以上的工作面同时回采;两个掘进头相向掘进时, 在相距30米时 (综掘时50米) , 必须停止一个掘进头作业。煤层间距较大时, 各煤层分别布置采区巷道, 形成各自独立的运输、通风系统。采区三条上山眼多布置在煤层中, 分别用作运煤、运料和行人、通风。采区煤仓穿过底板与采区石门连通, 煤在石门中装车外运。煤层间距较小时, 把几层煤联合起来布置采区巷道。一般几层煤共用一套上山眼和平巷。这些共用巷道布置在煤组最下面的煤层中, 用区段石门将上部煤层联系起来, 形成统一的采区生产系统。采区巷道布置选择单层布置还是联合布置, 主要取决于煤层间距, 具体数值根据各矿区的地质和技术条件确定。中国淮南矿区区段石门长度在40m以内时, 采用共用上山联合布置。间距更小的近距离煤层, 可采用共用上山和共用平巷联合布置。

5 结论

煤矿冲击地压防治措施研究 篇7

1 分析煤矿中的冲击地压

冲击地压是指煤矿在应力的干预下出现失衡的情况, 表明煤矿内部出现了异常的应力, 影响了煤矿的稳定性。煤矿冲击地压受到应力影响, 破坏了原有的地层, 引起了失稳或滑移的情况, 直接破坏了煤矿的安全结构。冲击地压是一项突发性的灾害, 前期没有任何预兆, 所以其在煤矿中的发生时间、地点等都是不确定的, 只能采取防治的措施, 才能保护煤矿开采的现场[1]。煤矿开采的过程中, 涉及的地层范围大, 期间存在扰动风险, 再加上所受应力多, 增加了冲击地压防治的难度。因此, 煤矿冲击地压防治措施中, 必须考虑煤矿环境中的影响因素, 实现综合性的防治。

2 煤矿冲击地压的防治要求

煤矿冲击地压防治, 是煤矿安全开采的重要保障, 降低冲击地压的发生概率。冲击地压防治中, 提出几点要求, 满足煤矿冲击地压防治措施的需求, 分析如: (1) 在煤矿开采的前期, 监察冲击倾向, 明确冲击倾向后, 再制定煤层开采的方案, 有助于提高煤矿开采的安全水平, 控制冲击地压的干扰; (2) 深化冲击地压的防治理念, 应用到煤矿开采的整个过程中, 保护煤矿开采的现场, 促使冲击地压防治与现场保持同步的状态, 规避煤矿开采中潜在的冲击地压风险; (3) 评估冲击地压在煤矿开采中的危险性, 依照等级划分防治措施的应用, 设计出符合风险等级的防治方案, 为冲击地压的应力提供释放的路径, 以免煤矿地层中的应力过于聚集, 由此在煤矿开采中降低了冲击地压的风险系数, 完善煤矿开采现场的环境。

3 煤矿冲击地压的防治措施

煤矿冲击地压防治措施, 应该以煤矿开采的整个过程为主, 同时结合煤矿环境的实际情况, 推行冲击地压防治措施的应用。

3.1 设计防治方案

煤矿冲击地压防治方案设计, 是一项前提条件, 目的是在煤矿冲击地压中提出有效的治理思路[2]。例如:某煤矿的防治方案分为三个部分, 主要是防治煤矿设计、准备及开采阶段的冲击地压, 方案中明确了监测技术的应用, 规划了冲击地压的预警限度, 先掌握煤矿开采的现场, 再实行方案分配。煤矿冲击地压防治方案, 提高了防治策略的稳定性。

3.2 提出保护规划

保护规划主要是指煤矿开采过程中的冲击地压防治, 其中比较重要的是工作面、巷道的保护设计。分析如: (1) 工作面保护中要选用高强度的支护设备, 加强工作面的支护力度, 促使其能稳定承受运输载荷, 与煤矿开采保持匹配的状态, 避免工作面中出现危险性因素; (2) 巷道保护的核心是掘进, 控制巷道侧方对地层的影响, 同时还要预留充足的空间, 以免巷道变形时出现空间不足的问题, 保障巷道的安全掘进。

3.3 控制开采工艺

煤矿开采工艺与冲击地压存在密切的关系, 煤矿企业应该科学分配开采工艺, 确保开采工艺符合相关的标准[3]。针对煤矿开采工艺, 提出两点控制内容, 如: (1) 控制开采的速度, 煤矿土层开采过快, 容易干扰能量的平衡释放, 即会出现能量聚集的问题, 有可能引起冲击地压, 煤矿开采中需设计监测手段, 随时控制开采的速度; (2) 控制底煤干扰, 严格处理煤矿开采中的底煤, 以免其为冲击地压提供释放的途径。

3.4 落实防治技术

煤矿冲击地压的防治技术, 是规避冲击地压风险的有效措施[4]。列举比较常用的两项防治技术, 如: (1) 煤体卸压, 煤体是冲击地压破坏的介质, 需要利用卸压的方式释放掉煤体内的应力, 可采取注水、钻孔的方法, 消除煤体中潜在的冲击地压隐患; (2) 应力源卸压, 煤矿上方存有坚硬顶板时, 需采取此类方法进行卸压, 预防冲击地压, 根据煤矿地层的实际条件, 安排应力源卸压, 选择恰当的爆破方法, 提升坚硬顶板的应用水平, 防止坚硬顶板诱发冲击地压。

4 结束语

冲击地压是煤矿开采中重点考虑的防护项目, 根据煤矿岩层的实际情况设计防治措施, 还要遵循冲击地压的防治原则, 保障煤矿岩层的稳定性。煤矿企业中提高对冲击地压的重视度, 积极落实防治措施的应用, 保障煤矿开采的效率和效益, 以此来提升煤矿开采的安全度。

摘要：煤矿冲击地压的破坏性非常大, 增加了煤矿事故的发生概率。冲击地压是煤矿开采中的一大安全隐患, 严重干预了煤矿开采。为了保障煤矿开采的安全环境, 本文通过对煤矿冲击地压进行研究, 分析有效的防治措施。

关键词：煤矿,冲击地压,防治措施

参考文献

[1]潘俊锋, 等.我国煤矿冲击地压防治技术研究现状及展望[J].煤炭科学技术, 2013, 06:21-25+41.

[2]周晓军, 鲜学福.煤矿冲击地压理论与工程应用研究的进展[J].重庆大学学报 (自然科学版) , 1998, 01:126-132.

[3]兰永伟.钻孔卸压防治煤矿冲击地压的研究[D].辽宁工程技术大学, 2005.

深井孤岛开采冲击地压事故浅析 篇8

关键词：深井,孤岛开采,冲击地压,事故分析

随着浅部煤炭资源的枯竭,国内许多矿山继而转向深部开采,部分矿区开采深度已经达到1200m以上,深井开采矿压显现强烈,通常巷道维护困难,特别是孤岛条件下冲击地压时常发生,给矿井安全生产带来严重威胁。采场上覆岩层应力场的重新分布对各类顶板安全事故的发生起着决定性作用[1],根据宋振骐院士提出的“以上覆岩层运动为中心”的矿山压力理论[2,3],并结合地应力和微震监测数据对该矿1305孤岛面冲击地压事故发生机理进行分析,可对相似条件下矿山动力灾害预防和采场控制提供一定的借鉴[4,5,6],这对深井厚煤层孤岛煤柱的安全、高效开采意义重大。

1 冲击地压事故概况

该矿1305工作面平均采深980m,煤层平均倾角3°,煤层平均厚度为6.02m,且工作面南北两侧分别为回采完毕的1306和1304工作面,如图1所示。综合分析1305工作面属于深井厚煤层孤岛开采工作面。通过对3煤层冲击倾向性鉴定,3煤层冲击倾向性为强冲击倾向(见表1),长期以来1305工作面面临冲击动力灾害威胁。

1305工作面在调试生产调面时突然出现煤炮不断,5分钟后工作面内突然发生巨大声响和震动,微震系统监测到能量为2.5×106J的震动事件,导致工作面顺槽和面内设备损坏严重,发生启动冲击地压事故。

2 冲击形式及应力特征分析

2.1 冲击形式分析

根据1305工作面冲击后现场勘察情况,煤壁及两侧顺槽均发生严重冲击,并且两侧顺槽超前300m布置的深孔大直径卸压钻孔并没有对巷道起到良好的保护作用。由于大部分冲击地压事故一般发生在工作面大范围开采、超前局部未卸压巷道,而此次冲击地压尚处于初采阶段,顶板尚未断裂且超前卸压力度较大,通过分析认为,此次冲击地压属于一种新的冲击地压类型:工作面整体失稳型冲击地压。

2.2 工作面整体冲击失稳应力特征

1305工作面KJ550冲击地压在线监测系统布置图见图2,系统在工作面上下顺槽各布置10组应力计,每组包含14m、8m深两个应力计,深、浅应力计间距0.5m~2m。第一组应力计超前工作面30m安装,此后间隔20m布置下一组应力计,确保工作面超前200m范围内冲击地压危险区处于监测范围内。

KJ550监测系统自正常监测至冲击地压发生时,运输顺槽代表性测站(第一组、第三组、第六组和第九组)应力监测曲线如图3所示。

根据图3可知,KJ550监测系统监测到煤体应力发生突变超前微震系统2分30秒捕捉到冲击地压预警信息,其机理如下:1305工作面为孤岛工作面,工作面两侧采空区在孤岛煤柱叠加形成高支承压力,如图4所示,导致工作面应力监测系统安装后就测到煤体应力开始缓慢上升;由于1305工作面开采前在巷道两侧大范围施工大直径卸压钻孔,弱化了帮部煤体承载能力,因此当帮部煤体达到承载极限时就会突然失稳,导致支承压力向深部转移,使孤岛煤柱应力集中程度进一步增加,最终诱发工作面产生整体失稳型冲击地压。

3 整体失稳冲击地压机理研究

1305孤岛工作面两侧采空区宽度不一样,属于典型的不对称孤岛工作面。

图5中的下虚线为冲击地压危险判断线,确定的依据是煤体中的垂直应力大于煤体单轴抗压强度的1.5倍(33MPa)。由于1305工作面宽度仅为137m(对应垂直应力为39.6MPa),小于采空区侧向支承压力影响范围148m,因此仅仅两侧采空区支撑压力叠加的影响下,1305工作面两顺槽面临冲击危险。且1305工作面煤体支承压力超过3[σc]的区域为73m,约为工作面煤体的有效承载宽度的75%,因此当1305工作面受1304和1306、1307三个采空区叠加影响时,工作面整体冲击失稳的危险程度为高度。

4 结论

(1)通过对事故现场冲击形式、冲击特征以及应力监测数据深入研究可知,1305工作面发生冲击是在两侧采空区、构造和采动叠加形成的高支承压力作用下,孤岛煤柱发生整体失稳型。

(2)对比应力监测和微震监测结果可知,本次事故的发生过程为:工作面超前两侧浅部煤体局部失稳→支承压力向工作面中部转移→孤岛煤柱应力进一步集中→煤柱突然整体失稳→诱发强烈冲击。

(3)结合冲击后微震监测和应力监测可知,1305工作面冲击后煤体应力集中程度还处于较高水平,存在发生二次冲击的可能性,需采取妥善的方案进行事故处理工作。

参考文献

[1]王正谷.浅析采煤工作面顶板事故原因及其防治[J].科技创业家,2012,15:102.

[2]蒋宇静,等.采场支架与老顶总体运动间的力学关系[J].山东矿业学院学报,1988,7(1):73-80.

[3]宋杨,宋振骐.采场支撑压力显现规律与上覆岩层运动的关系[J].煤炭学报,1991,9(1):47-56.

[4]林崇德.层状岩石顶板破坏机理数值模拟过程分析[J].岩石力学与工程学报,1999,18(4):392-396.

[5]李佃平.煤矿边角孤岛工作面诱冲机理及其控制研究[D].中国矿业大学,2012.

地压管理 篇9

【关键词】深孔爆破；薄煤层；冲击地压

0.概况

新兴煤矿设计年产量160万t，该矿58层直接顶为1.78m厚细砂岩，随采随冒落；老顶为20m粉砂岩，周期来压步距为8-10m。60层直接顶为1.85m的粉砂岩，随采随落；老顶为7.15m的中细砂岩，周期来压步距为6～8m。41062工作面采深470-520m，回采过程中曾频繁出现冲击地压事故，发生地点多在上顺槽距上端头3～28m的区域，造成巷道变形，损坏。2007年6月22日，当该工作面上巷走向推进了47m时，首次发生了冲击地压显现。到9月2日，共发生了23次冲击地压显现。从冲击情况及煤、岩层埋深、硬度来看，现开采的58#煤层具有严重的冲击倾向性。

从调查情况来看，七煤集团的冲击显著区别于国内外常见的中、厚煤层、中硬煤及构造或煤柱区冲击的特点，薄硬煤层、坚硬厚顶板、大倾角是其明显的特点。七煤集团近2年冲击灾害显著增加，已明显进入深部开采，且有越来越严重的趋势。打钻非常困难，煤体湿润性差，治理难度非常大。新兴矿的冲击灾害已严重影响矿井的安全生产。

根据当前冲击地压防治技术实践经验，深孔爆破技术是一种有效的防治冲击地压解危技术措施。

1.深孔爆破卸压技术基本原理

造成大面积来压和冲击地压的主要原因是由于顶板坚固难冒，煤层也很坚硬，形成顶板-底板-煤体三者组合的刚度很高的承载体系。其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，大面积顶板来压的危险性就大。

针对这一现象，可以通过在顶板顺槽对顶板进行爆破，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的目的。

2.种顺槽深孔断顶爆破分倾斜和走向

工作面倾向：在工作面上端头，距离煤层底板15m高度，沿工作面倾斜方向打钻孔5个，各孔轴线夹角为15°，进行煤层顶板倾斜方向断顶爆破。

工作面走向：在工作面上端头，斜向采场以与水平方向成30°角度，分别打3组深孔，各孔间距为3m，进行煤层顶板走向方向断顶爆破。

具体如图l所示。

3.深孔爆破工艺

3.1钻孔

打孔采用ZLJ-650钻机根据炮孔设计参数进行打孔，孔经为ф76mm。采用三翼金刚钻头打孔，钻头直径为ф76mm，钻杆直径为ф42mm，每根钻杆长度为lm。如在打孔中钻机的高度不够，可以自己做一个钻机平台。

在钻孔施工过程中，要采用坡度仪准确定位炮孔角度，打孔后记录和检查打孔情况。因炮孔长度较长，为了使爆破达到预期的效果和保证安全的目的，炮孔角度不能偏离太大，炮孔角度充许偏离的角度为±1°，打孔至少要超前工作面50m。

3.2装药

爆破使用的炸药为3号煤矿许用乳化炸药，炸药的药卷规格ф60×500mm，每卷炸药重l.7kg；雷管采用煤矿许用8号普通瞬发电雷管；导爆索采用煤矿许用导爆索，规格为ф6.5-7mm。深孔爆破在超前工作面至少40m。

为了确保炮眼内药包的完全引爆，炮眼采用轴向连续偶合方式装药，采用双雷管，双导爆索引爆。

3.3封泥

在装完药后，开始封孔，封孔材料采用较潮湿的黄土，每次送入0.5m（2节）左右长的黄土棒，黄土棒规格为ф60mm×250mm，黄土棒要用塑料薄膜包装，要求装填捣实后继续装填，直到封孔到孔口位置。

3.4爆破

运输顺槽3个炮孔分别起爆，一次起爆l个炮孔；回风顺槽3个炮孔一次起爆，联线采用“局部并联，总体串联”的方式进行。放炮使用MFB-100型起爆器，爆破母线长度为不小于300m，放炮安全距离不小于300m。

4.效果分析

工作面要装备支架压力监测系统，以方便监测工作面支架的工作阻力，从而分析顶板来压情况和爆破效果。

通过以上措施，新兴矿41062采煤工作面实现了安全开采，工作面煤层应力集中程度明显降低，未再发生冲击现象。通过采用电磁辐射仪连续观测，电磁辐射强度值均在安全值以下。

5.结论

（1）对于坚硬不易冒落顶板，采用深孔断顶爆破方法，可对顶板应力集中和积聚的大量弹性能进行有效释放，并能改变顶板的蓄能结构。

（2）顶板深孔爆破产生的破碎区域形成一个塑性吸能区，达到吸收上部顶板传递能量，对顶板断裂冲击载荷形成一个有效的缓冲带。

煤矿冲击地压防治技术及应用 篇10

1 煤矿冲击地压概述

所谓冲击地压, 是采场周围煤岩体, 在其力学平衡状态破坏时, 由于弹性变形能的瞬间释放而产生一种以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象。冲击地压是一种特殊的矿山压力显现。其显现强度特征一般为弱冲击、强冲击、弹射、矿震、岩爆、煤炮、冲击波、弹性振动等, 常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象;其发生突然剧烈, 冲击波力量巨大, 瞬间摧毁巷道、采煤工作面和设备, 并给人员安全造成极大威胁。而在煤矿开采过程中, 之所以会产生冲击地压的灾害现象, 原因有很多方面。但大致可以分为外因和内因两方面。其中外因包括:采矿作业面深度过大, 使得应力过于集中而引起;煤柱尺寸过大而出现内部应力集中现象而引起;工作面周期来压强度较大或者采动过于集中而引起;工作面推采过快而引起;受放炮作业的影响而引起等等。而内因则包括:每层本身具有一定的冲击倾向;开采作业面的上部岩层出现砾岩活动;煤层原岩应力状态就过于集中, 煤层本身的物理属性所决定等等。因此可以说, 导致煤矿开采作业出现冲击地压的原因有很多方面, 且很多因素都的不可控的。这就为煤矿冲击地压的防治工作带来了很大的难度。

2 煤矿冲击地压的防治技术

在对煤矿冲击地压进行上述分析后, 我们可以大致了解到煤矿冲击地压的成因。其实在煤矿作业实践中, 我们可以了解到煤矿冲击地压的主要影响因素为煤岩的性质、围岩的性质、开采的深度、地质构造、采煤顺序、采煤方法以及煤柱性质等几方面。而之所以最终会形成冲击地压, 所要达到的基本条件主要包括三点, 即煤层或围岩存在较强的冲击倾向, 作业面附近有大量的能量聚集, 采煤场存在一定的能量释放空间。这三个条件缺一不可, 正是这三个条件共同作用最终导致了煤矿冲击地压的发生。基于此, 笔者认为在防治煤矿冲击地压时, 首先要做好预测工作, 继而再采取综合防治措施。具体防治技术如下所示:

2.1 预测

2.1.1 钻屑法

钻屑法 (煤粉钻孔法) , 是通过在煤体中钻小直径钻孔, 根据钻孔时排出的煤粉量及其变化规律和有关动力现象, 达到一系列探测目的施工方法。它具有简单易行、直观、适应性强等优点, 成为公认的一种预测冲击地压危险的主要方法。根据大量的钻屑检测结果, 把煤层冲击危险等级划分为三级:I级泥冲击地压直接危险;II有中等冲击地压危险;III有严重冲击地压危险。具体鉴别按表1综合判定。

2.1.2 支架载荷———地音联合观测

顶板岩层的断裂失稳是冲击地压发生的充分条件, 掌握它的活动规律进而采取措施, 对降低冲击危险有重要意义。现场中顶板断裂失稳的判定主要采用支架载荷地音联合观测, 从支架载荷增阻速率和地音参数的变化中加以判断。

2.2 综合防治技术

2.2.1 合理选择开拓、开采方法

开拓大巷和主要巷道及酮室要选择在底板坚硬、稳定的岩层中。如系煤巷必须选择在非冲击煤层中, 要尽量少掘煤巷, 特别是工作面前方支承压力区内掘巷, 应小留或少留煤柱。正确选择采煤方法和顺序, 以防比采场应力的叠加。

2.2.2 煤层注水

对煤体进行压力预注水, 使煤体湿润, 改变其物理力学性质, 减少弹性, 增大塑性, 阻碍煤层弹性能的积聚, 以此来降低或减缓冲击地压的危险程度, 同时, 注水还能降尘。据3654工作面注水效果检测, 钻孔最大深度为100m, 最大水压为15MPa, 注水流量为2m3/h, 注水后含水率增加了46.3%, 降低了煤体的冲击危险程度。

2.2.3 松动爆破

在煤体高应力带内布置钻孔, 通过爆破释放其弹性能量, 使应力高峰带内移, 为冲击地压危险煤层安全开采创造条件。松动爆破方法使用方便、快捷、可靠。钻孔垂直煤壁布置, 孔深4~6m, 间距3~5m, 每孔装药量600~750g, 黄泥填实填满, 瞬发电雷管起爆, 安全距离为100m。

2.2.4 加强支护

有冲击危险煤层的巷道要保证足够的支护强度, 提高抗冲击变形能力。如采用单体液压支柱加强支护;加强支架问的整体结构, 提高稳定性;加强巷道清理, 保持巷道断面;支架与煤壁之问铺设金属网, 缓冲煤体冲击能量等, 以减少冲击危险和损失。

2.2.5 加强煤矿开采作业管理

除了在技术上要加强管理之外, 还要重视在管理上做好预防工作。例如在开采作业前做好人员培训和安全教育工作, 使所有的作业人员都能够对冲击地压有一定的认识和了解, 并能够掌握一定的判断方法。再例如加强煤矿开采作业的安全生产管理, 严格要求开采作业按照相关规章制度进行, 限制煤层开采掘进的推进速度。另外, 在作业中, 移动变电站应该放在安全地区, 并做好防护管理。

结束语

综上所述, 在煤矿生产中, 一定要做好安全生产防护措施, 尤其是冲击地压的安全防护更为重要。这是因为冲击地压一旦发生, 所造成的后果极为严重。本文中通过分析冲击地压的成因与影响因素, 探讨了其防治技术, 希望能够为有关人士提供一些参考, 促进煤矿生产安全体系的完善。

摘要：由于煤矿开采的工作环境较为恶劣, 存在很多的危险因素, 因此在煤矿开采作业中常常需要面临很多安全威胁。为了保证开采人员的安全和采矿作业的顺利进行, 就必须要加强安全管理, 做好灾害的防治工作。其中冲击低压就是煤矿开采过程中的较为严重的一种灾害, 其会对采矿作业面造成毁灭性的破坏, 给井下作业人员带来极大的安全威胁。研究冲击地压的影响因素, 采取有效的防治技术是非常有必要的。现就重点来探讨煤矿冲击地压防治技术的相关问题。

关键词：煤矿,开采作业,冲击地压,防治技术

参考文献

[1]公茂泉.对山东煤矿冲击地压的认识及防治措施[J].山东煤炭科技, 1997 (01) .

[2]蓝航, 齐庆新, 潘俊锋, 彭永伟.我国煤矿冲击地压特点及防治技术分析[J].煤炭科学技术, 2011 (01) .