深部区域冲击矿压预测预报与治理.doc

深部区域冲击矿压预测预报与治理 技术中心 万昌 陈启永 赵晓举 内容提要 介绍了十一矿己二采区集中运输巷在掘进过程中冲击矿压的预测预报及防治技术，其治理过程是先分析冲击危险程度，确定冲击危险指数，再采用电磁辐射仪和钻屑法进行预测预报，对危险区段立即采用卸压爆破技术进行防治。 关键词 冲击矿压 预测预报 治理 冲击矿压是指承受高压的脆性煤体或岩体极限平衡状态遭到破坏，向自由空间突然释放能量的动力现象，是人工采矿活动所引起的破坏地震，是一种严重威胁煤矿安全生产的动力灾害，具有突发性、瞬时震动性和巨大破坏性等显现特征。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。十一矿于1979年建成投产，经过两次改扩建，目前年产量为180万t，开采深度已达800m以上，自2000年以来，在十一矿己二采区掘进头和回采工作面多次发生大的煤炮及震动现象，部分地段的煤壁大面积片帮、挤出、支架歪斜移动、锚杆及锚索拉断等现象，冲击矿压已经严重影响了十一矿的安全生产，成了该矿又一个自然灾害。 1 地质概况 十一矿己二采区位于井田的中西部，煤层倾角≥25，开采己16与己17合层煤，厚4.2520.54m，平均厚7.45m，局部结构复杂，存在12层夹矸，夹矸厚度0.11m。其直接顶为砂质泥岩，厚1.82m，老顶为灰白色条带状细砂岩，厚10.4m，直接底为灰黑色团块状泥岩，厚5.6m，老底为灰色泥质灰岩，厚1m。己16-17煤层煤质脆，硬度低（f12），采深8001200m，采区内存在两个孤岛工作面。有一个综采面正在回采，采区东翼集中运输巷正在施工。 ２ 煤层冲击倾向性测定 十一矿属于冲击矿压危害严重的矿井，己二采区22040、22080、22120工作面机风巷、采区东翼集中运输巷在掘进中，均发生了大的煤炮及震动现象。为此，在22120工作面、集中运输巷掘进头选取12个煤样，进行冲击倾向性测定。煤样加工成Φ50mm50mm100mm的长方体标准试件，对煤样在自然状态下加载，分别采用一次压坏、循环加载和分级加载实验。实验结果（见表1）表明己二采区煤层的冲击倾向性为中等冲击危险煤层，煤样在自然状态下冲击破坏时，电磁辐射的辐射平均值为100mv，电磁辐射脉冲数为25000。 表1 12个煤样的平均参数表 项 目 平均参数 单轴抗压强度（/MPa） 12.432 弹性能指数（WET） 3.743 冲击能量指数（KE/kj） 4.239 动态破坏时间s 120 ３ 电磁辐射冲击危险预警指标的确定 煤岩体产生电磁辐射，源于煤岩体的非均质性，是由于在应力作用下煤岩体中产生非均匀性变速形变而引起的。在煤岩材料的变形阶段，由于颗粒之间的力学变形特性不同，必然发生颗粒之间的滑移，其结果是在滑移面发生强烈的激发，甚至在滑移面尖端形成了带电粒子发射，这种强烈的激发对外产生电磁辐射。煤岩体所受的应力越高，电磁辐射的强度越大，煤岩体所受应力与电磁辐射之间存在耦合关系。通过实测EME数值变化规律以及现场实际的冲击危险性的对应关系，确定预警指标为电磁辐射的辐射最大值100mv，脉冲数为15000，这个数值与煤岩冲击倾向性试验结果基本吻合。 ４ 冲击矿压预测预报技术 4.1 电磁辐射监测预报 电磁辐射监测的原理是利用电磁辐射仪接收采掘生产过程中煤岩体在矿压作用下产生、发射电磁辐射的信号，即监测到的电磁辐射强度能反映出煤岩体内部应力的变化尺度及破坏程度的特征信息。 1.2 电磁辐射监测方法 自掘进工作面迎头向外50m范围内每隔10m布置一测点，在该区域内进行电磁辐射监测。监测过程中如发现某一区域电磁辐射值高于临界值（100mv）且脉冲数异常（脉冲数增加1倍以上），即采用钻屑法验证，在钻屑法钻检发现异常时及时组织卸压解危。 1.3 钻屑法检测 当电磁辐射监测到冲击危险性高的地方，在施工卸压钻孔、卸压爆破钻孔、煤层防突钻孔、煤层注水钻孔时，同时测量孔内的煤粉量，以确定和分析应力的大小和冲击危险的强度。检测孔参数及布置方式钻孔直径42mm，孔深78m，间距56m，钻孔距底板1.2m，单排布置，钻孔方向平行于煤层，垂直于巷帮。用胶结袋收集钻出的煤粉，每钻进1m测量一次。如果检测到的煤粉量超过表2中的临界值，或出现卡钻、吸钻、异响等动力现象，就可认为煤体处于临界危险状态，必须立即采取解危措施。煤粉量临界值见表2。 表2 煤粉量临界值表 钻孔深度m ≤4.0 ＞4.0 临界指标（L/m） ＞4 ＞6 5 钻孔爆破卸压防治冲击矿压 5.1 钻孔布置方式 根据电磁辐谢监测、钻屑法检测确定的煤层内区域应力集中超限且具有冲击危险时，必须进行钻孔爆破卸压解危。钻孔爆破卸压布置方式与检测孔布置方式相同，每孔装药量23kg，封泥长度为3.0m，反向装药，多雷管（或单雷管导爆索）及引药装入眼底，13个炮眼为一组，单孔或一组孔爆破。 5.2 爆破卸压效果 集中运输巷掘进期间实施钻孔爆破卸压解危3次，钻孔6个。图1是其中一个地点卸压爆破前的电磁辐射信号，并用钻屑法进行了验证，当钻孔深度≤4.0m时，煤粉量为4.5L/m，当钻孔深度为4.06.0m时，煤粉量为7L/m，都超过了临界指标。图2是采取卸压爆破后的电磁辐射信号。在该测点位置施工两个炮眼，钻孔直径42mm，眼深8m，间距5m，钻孔方向平行于煤层、垂直于巷帮，单排布置，距底板1.2m，每孔装药量2kg，封泥长度为3.0m，反向装药，矿用乳胶炸药，毫秒延期雷管，2个炮眼为一组同时爆破。 从图1和图2及现场情况可以看出，未卸压区域电磁辐射信号值较高，冲击危险性较大，巷道顶板比较破碎，支护效果稍差。而钻孔爆破卸压区域巷道电磁辐射信号值较低，巷道无严重破碎情况，支护效果较好，由此可见钻孔爆破卸压消除了生产过程中的安全隐患，有效的控制了冲击矿压的发生，也有利于巷道的支护，保障了矿工的人身安全。 6 结论 （1）击矿压强度在中等以上的区域，应尽量从防冲的角度设计采区内区段工作面的布置及其接替顺序，严禁跳采或同在一翼开采，更不能两翼对采；工作面推进速度要保持匀速，切忌忽快忽慢，采采停停。 （2）电磁辐射监测、煤粉钻屑法检测能够比较准确的预报冲击矿压的前兆现象，冲击矿压的防治是建立于动态基础之上的防治。采区内应划分冲击危险区域，对于特别危险区域要重点预测预报。要建立采区冲击矿压危险级别测定、编制防治措施计划及规程、预测预报、数据分析、效果检测、防治工作总结、调整改进防治措施等冲击矿压的防治体系。  （3）钻孔煤粉监测结果表明，在冲击矿压危险区域内，每米煤粉量增幅较大，煤粉量随钻孔内煤层应力的增大而增大，且孔内动力冲击现象特别明显。 （4）爆破卸压方案是有效可靠的解危手段。掘进面的防冲实践证明，只要爆破威力达到相应要求就能够控制冲击矿压的发生。只要在危险区域内调整爆破药量和炮眼密度，就能够有效地将煤层内积聚的弹性能释放出来，大大减少工作面冲击矿压的发生。