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收稿日期 ２ ０ １ ９ － ０ ５ － ２ ８ 作者简介 李建文（ １ ９ ８ ２ ） ， 男， 甘肃平凉人， ２ ０ １ ５年毕业于太原理 工大学矿业工程专业， 硕士， 工程师， 现从事煤矿技术管理工作。 煤矿冲击矿压预测和防治技术浅析 李建文 （ 西山煤电（ 集团） 镇城底煤矿， 山西 太原 ０ ３ ０ ２ ０ ３ ） 摘 要 结合镇城底煤矿 ２ ２ ６ ０ ５工作面的地质情况和矿压情况， 提出了煤炭生产中冲击矿压的预测 和防治措施。通过对 ２ ２ ６ ０ ５工作面的地质情况和监测数据分析处理并探究了该工作面矿压显现规 律， 为其设计了一套适合本工作面的冲击矿压监测和防治体系。防治体系有预防和临时解危双重 防治措施， 从这两方面考虑可以做到全面防治冲击矿压。该体系可以实现矿井的安全生产， 保证工 作人员的安全。另通过分析冲击矿压发生的基本原理和监测到的数据， 建立煤矿冲击矿压防治体 系， 能够及时有效地将蕴含在煤体中的冲击矿压释放和消除， 达到安全生产的目的。 关键词 冲击矿压； 预测； 防治 中图分类号 Ｔ Ｄ ３ ２ ４ 文献标志码 Ｂ 文章编号 １ ６ ７ １ － ７ ４ ９ Ｘ （ ２ ０ ２ ０ ） ０ ２ － ０ ０ ９ ２ － ０ ３ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄｐ ｒ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｅｒ ｏ ｃ ｋｂ ｕ ｒ ｓ ｔ Ｌ Ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ ｗ ｅ ｎ （ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｉ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｍ ｉ ｎ ｅ ， Ｘ ｉ ｓ ｈ ａ ｎＣ ｏ ａ ｌ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｉ ｔ ｙＧ ｒ ｏ ｕ ｐＣ ｏ ．， Ｌ ｔ ｄ ．， Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ０ ３ ０ ２ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇｗ ｉ ｔ ｈｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄｒ ｏ ｃ ｋｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ Ｎ ｏ ． ２ ２ ６ ０ ５ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｎＺ ｈ ｅ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｉ Ｃ ｏ ａ 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板向上隆起在 ０～ ４ ０ ０ｍ ｍ之间。 Ｄ级 工作面存在严重冲击危险， 底板向上隆起 在 ４ ０ ０ｍ ｍ以上， 并造成巷道变形［ ２ ］。 １ ． ２ 煤矿冲击矿压预测技术 预测技术的分类及特点 目前应用最为广泛的 岩石压力预测方法有应力预测法、 钻屑法、 地震检波 器和微震法、 电磁辐射法等。钻屑方法和应力检测 方法是接触式检测方法， 需要钻孔工作， 耗时且劳动 密集， 受限于钻孔数量， 检测范围非常有限。地震检 波器、 微地震方法和电磁辐射方法是非接触式方法， 可以实时在线预测， 近年来在我国得到了广泛应用。 微地震方法具有远程接收应力波动力学和三维显示 的特点， 可以实时接收和储存煤岩体振动信号， 为岩 爆预测和预警提供基础数据。 电磁辐射预测 煤矿和岩石断裂是煤矿中极其 复杂的动态现象， 煤岩体受到压力就会产生形变， 在 产生形变的过程中电磁辐射也随之产生［ ３ ］。电磁 辐射强度和载荷呈正相关， 电磁辐射越强就能反映 出载荷越大， 煤岩体受到的压力越大。冲击矿压的 发生虽然是一种突变行为， 但会有明显的前兆。从 宏观的角度看， 随着煤岩体承受的压力越来越大， 煤 岩体之间的缝隙就会越来越大， 电磁辐射强度也会 随之增大。也可以说随着预测到的电磁辐射强度逐 渐增强， 其产生冲击矿压的概率就会增大。从微观 角度来看， 岩爆发生前后的应力应变状态和煤岩体 的裂纹萌生和扩展都发生了变化。可以通过岩爆过 程中电磁辐射的特点， 来划分危险程度进而达到预 测冲击矿压的目的［ ４ ］。 钻屑法预测 钻屑法是根据排出的煤粉量的多 少来断定是否有发生冲击矿压危险的可能性。钻孔 在进入正常状态下的煤岩体内时， 应该是与孔径相 同的煤体产生的煤粉。如果钻孔进入的是高应力区 域的煤岩体， 煤岩体由于已经承受了很高的压力， 钻 孔周围的煤体很可能就会挤进钻孔内， 伴随着震动、 声响和微冲击的现象， 高应力区域煤岩体之间由于 受到的压力过大产生较大的缝隙， 钻具会很容易地 向前推进。如果附近的煤岩体有一个向内部的压 力， 钻机的推进会变得很难， 就会出现卡钻甚至是钻 机直接卡死的情况［ ５ ］。 微震法预测 受到多个采掘工作面的影响， 必须 要将工作面进行分区， 根据煤矿的巷道布置， 最好选 取停采线以外 ２ ０ ０ｍ附近的区域进行安装拾振器。 统计各参数变化规律， 确定危险区域和冲击矿压的 危险指数［ ６ ］。微震系统监测一共把冲击矿压分为 ３ 个等级 矿压冲击危险指数 ０ ． ２ ５～ ０ ． ５ ， 为弱冲击， 此时发生冲击矿压的概率大约是 ０ ． ３ ５ ； 指数 ０ ． ５～ ０ ． ７ ５ ， 为中冲击， 此时发生冲击矿压的概率大约是 ０ ６ ５ ； 指数在 ０ ． ７ ５～ ０ ． ９ ５之间， 为强冲击， 发生冲击 矿压的概率大约为 ０ ． ８ ５ ； 若指数大于 ０ ． ９ ５ ， 则认为 该区域极度不安全。 ２ 煤矿冲击矿压防治技术 ２ ． １ ２ ２ ６ ０ ５工作面采矿方法 工程背景 镇城底煤矿 ２ ２ ６ ０ ５工作面所采煤层 为 ２ ＃ 、 ３ ＃煤层， 煤层稳定， 厚度最大为 ３ ． １ ６ｍ ， 最小 为 ２ ． ５ ２ｍ ， 平均为 ２ ． ８ ０ｍ ， 结构 １ ． ８ ６ （ ０ ． ３ ６ ） ０ ． ５ ８ ｍ ， 结构复杂。煤质为肥煤， 煤层普氏硬度 ２～ ３ ， 比 较坚硬。地质构造复杂， 掘进过程皮带顺槽将揭露 一条落差为３ ． ０ｍ 、 ４ ． ０ｍ的 Ｆ Ｓ １ ７ ９ 、 Ｆ Ｓ ３ ６正断层， 轨 道顺槽揭露落差为 ４ ． ９ｍ的 Ｆ Ｓ １ ８ ０正断层。 采矿方法 采矿方法的合理安排是防治冲击矿 压的有效措施， 也避免了高应力集中和能量的形成。 塔山矿区在开采前矿压显现方式预测。初采期间 采放厚度为 １ ６～ ２ ０ｍ 、 工作面回收率 ８ ６ ％、 岩石冒 落碎涨系数是 １ ． ４ ， 顶煤不放。按照以上数据可以 计算出初采时充满采空区需要冒落的高度。而顶煤 的厚度是 １ １ ． ８～ １ ６ ． ６ｍ ， 满足了采空后的高度， 形 不成冒落空洞。矿区地质构造复杂， 影响风险较大。 针对不同的地质条件， 采用不同的采场布局（ 如多 ３９第 ２期李建文 煤矿冲击矿压预测和防治技术浅析 块联采， 避峰跳顶） ， 有效控制冲击压力的发生。当 矿址位置复杂时， 采取合理的采场布置方式， 会大大 降低冲击矿压风险［ ７ ］。合理的部署和采矿方法可 以避免大量能量的积累和高应力集中的形成， 这对 于防止冲击矿压的发生是非常重要的。根据冲击压 力的综合分类结果， 防止冲击矿压发生的关键是使 煤岩体受到的应力可以得到相应的控制。在 ２ ２ ６ ０ ５ 工作面的开采推进过程中， 煤岩体之间所蕴含的弹 性势能比其所能承受的能量要小。因此， 在考虑采 矿计划的设计时， 应注意以下“ 防止冲击矿压” 的时 空原则。其影响条件见表 １ 。 表 １ 影响回采的其它地质情况 瓦斯煤尘 煤层 自燃 地温地压 其他致 灾地质 因素 瓦斯含量低， 相 对涌 出 量 ２ ． ３ ５ ｍ ３／ ｔ ， 绝 对 涌 出 量 ４ ． ７ ５ｍ ３／ ｍ ｉ ｎ 煤尘 具 有 爆 炸性， 爆炸指 数 ２ ４ ． ８ ９ ％ 属Ⅱ类 （ 自然 发火） 正常正常无 采煤巷道和推进 ２ ２ ６ ０ ５工作面应设置在原始应 力场施工压应力峰值和采动应力场支护压力峰值 处。最大限度地实现在采矿释放应力后保持稳定的 “ 内应力场” （ 经受采矿失败的岩石覆盖的重力场） 下的巷道掘进和维护［ ８ ］。 ２ ． ２ 开采顺序优化 当地下煤层开采时， 每个煤层的开采将受到影 响。因此， 有必要在采矿设计阶段规划每个煤层组 的开采顺序。首先， 为了降低安全性， 必须开采不易 造成危害的煤层。区域对危险煤层的影响， 减少在 危险区域撞击岩石压力的可能性。煤层注水是通过 钻井， 将压力水和水溶液注入煤体， 增加水分， 从而 减少煤尘的产生， 同时减少压力， 煤和煤层气的影响 突出和自燃。根据钻井深度将煤层注水分为深层注 水和浅孔注水。深部注水是在采煤 ２ ２ ６ ０ ５工作面前 的近风巷或回风巷进行钻孔。防治体系由预防和临 时解危双重防治措施。预防措施是在开采分区之间 开采保护层， 临时解危措施是根据监测预警结果指 定相应的防控方案， 主要是大直径钻孔卸压方法卸 掉煤层之间的应力， 从而达到解危措施， 降低了危险 区域的冲击危险。使用大直径钻井方法可以有效地 消除或减轻地面压力的影响。钻孔深度越接近高应 力区， 积聚的能量就越多。钻井冲击频率越高， 强度 越大， 粉煤量也会显着增加。每个钻孔周围形成一 定的破碎区域。当这些破碎带开始相互靠近时， 煤 层会因压力而破裂。在煤层支护压力峰值区， 煤层 内高应力和聚集的弹性能量可以用来破坏钻孔周围 的煤体。煤层释放能量以消除碰撞危险。 ２ ． ３ 煤层处理 坚硬而厚实的屋顶容易爆裂。其中一个原因是 ２ ２ ６ ０ ５工作面上方的大面积屋顶和悬挂在厚而坚硬 的旧屋顶上， 这将导致煤层和屋顶的应力集中过大。 另一个原因是悬挂在巷道上方和下方的裸露岩石和 ２ ２ ６ ０ ５工作面会导致不规则的塌陷和周期性的压力 增加。爆破破碎屋顶位于煤柱一侧的采空区， 与尚 未开采的煤层隔开， 造成排水沟宽度约 ７ｍ ， 深度约 ６～ ８ｍ的采空区。为了减少采空区与采空区之间 屋顶的连续性， 使煤层的应力集中减小， 同时也将地 面压力的影响降到最低。屋顶的高压预注是在厚砂 岩硬顶条件下进行的， 水通过裂缝、 孔隙、 层理、 接缝 等弱表面压入硬岩中坚硬的岩石， 经过了很长时间 的物理、 化学作用扩大了岩石中的裂缝， 溶解了部分 岩石， 增加了含水量， 破坏了岩石的完整性， 降低了 岩石的强度， 增加了岩石形成的风险， 使屋顶难以变 成屋顶。这种方法类似于喷煤。 ３ 结语 这些年来经过许多专家的理论分析和镇城底煤 矿 ２ ２ ６ ０ ５工作面的现场实践， 冲击矿压的预测和防 治已成为矿井安全生产的前提， 冲击矿压的预测和 防治也成为了一套完整的技术体系， 完善的预测手 段和合理的防治措施对矿井安全生产有着重要的意 义。文章结合 ２ ２ ６ ０ ５工作面的现场地质数据和资 料， 制定了整体 －局部 －点的监测预警体系。主要 运用的监测手段有微震法监测、 电磁辐射法和钻屑 法。这种全方位的监测体系有着很好的监测效果。 该套预测防治体系经过大量的工程实践可以应用于 特厚煤层和地质环境复杂的煤矿生产中， 保证了煤 矿的安全生产和矿井工作人员的人身安全， 达到了 煤矿安全生产的目的。 参考文献 ［ １ ］ 温昊文． 煤矿井下工作面冲击矿压危险性分析及 防治的实践研究［ Ｄ ］ ． 北京 中国地质大学（ 北 京） ， ２ ０ １ ８ ． （ 下转第 １ ６ ４页） ４９陕 西 煤 炭 ２ ０ ２ ０年 人员进行设备巡查与检修， 做到发现问题及时处理。 要求工作人员具备高专业素养与故障处理能力， 尽 早发现存在的故障与异常情况。工作人员检查结束 后应认真记录， 标注设备运行状态、 检修要求， 制定 检修计划， 便于检修人员了解设备的基本状况。 需要注意的问题 故障产生前的设备有不同程 度的异常现象， 工作人员需对这些现象认真分析。 定期进行设备清理、 打扫， 防止细微颗粒物进入设备 内。由于设备内部复杂， 故障检修过程中注意拆卸 部分保存完整， 避免损坏。 安装电源快切设备 快速切换装置有助于监测 电源变化， 判断电源故障的原因。随后， 发出快速切 换命令， 当发生故障时快速切掉故障电源。同时， 将 分段断路器转换至正常电源侧， 确保供电系统稳定 运行。电源切换时， 切换装置能够实时跟踪电源的 电压与频率， 提供更多精准的启动形式， 电源开关安 装快速切换装置能够提供稳定的电源， 防止断电引 发安全事故。 重视炼化装置电气隐患检查 电气设备设计与 施工过程中注意防火与环境控制， 维修时加大隐患 排查力度。现阶段， 很多焦化厂电气设备保养存在 违规现象， 且乱拉电线使得线路负载上升。此外， 熔 断丝熔断过程中不可擅自与其他导线替换， 制定科 学的电气保养制度， 检查电气连接位置是否松动。 危险环境中安装防火设备时需定期维护， 创建电气 防火档案， 再安排专门的部门保管、 定期检查。停送 电要确定安全后方可操作， 临时电气设备安装与维 护也要满足规程要求， 确保电气设备稳定、 安全运 行。电气设备隐患排查时， 选择耐腐蚀防潮电线， 导 线裸断插在插座上、 开关位置安装保险装置； 避免超 负荷， 不可擅接电线。 ３ 结语 故障诊断是在保证设备稳定运行、 设备安全经 济的条件下， 尽可能地提升电气设备使用效率。电 气设备运行时受诸多因素影响， 为保证设备正常使 用、 延长使用年限， 则要以科学理论为指导， 结合设 备实际情况有目标地应用诊断技术。加大电气设备 诊断， 加强电气设备检修、 制定检修计划、 做好隐患 检查和控制， 有助于焦化厂电气设备稳定运行， 确保 企业实现经济效益最大化。 参考文献 ［ １ ］ 陈晓娟． 矿井电气设备监控网络及故障诊断系统 设计分析［ Ｊ ］ ． 能源与节能， ２ ０ １ ９ ， ２ ４ （ ５ ） １ ６ ２ － １ ６ ３ ． ［ ２ ］ 费文豪． 港口机械电气设备故障应急的处理方法 ［ Ｊ ］ ． 中国设备工程， ２ ０ １ ８ ， ３ ４ （ １ ６ ） ３ ８ － ３ ９ ． ［ ３ ］ 高巍文． 离心式水泵的常见故障及维修策略分析 ［ Ｊ ］ ． 中国高新技术企业， ２ ０ １ ６ ， ２ ３ （ ２ ５ ） １ ３ １ － １ ３ ２ ． ［ ４ ］ 张国文． 供配电站电气一次设备常见故障分析与 处理［ Ｊ ］ ． 赤峰学院学报（ 自然科学版） ， ２ ０ １ ８ ， ３ ４ （ ８ ） １ ２ ０ － １ ２ １ ． ［ ５ ］ 马生珑． 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