煤矿冲击矿压预测预报与治理技术.pdf

第1 1 卷 第5期 总第7 2期 2 0 0 6年 1 0月 煤矿 开 采 C o a l Mi n i n g T e c h n o l o g y V o 1 ． 1 1 N o ． 5 S e ri e s N o ． 7 2 Oc t o b e r 2 O 0 6 ●蕊匿圜殂 煤矿 冲击矿 压预测预报 与治理技术 何 宗礼 ，陈高君 ，赵晓举 平顶山煤业集团 十一矿 ， 河南 平顶山4 6 7 0 4 7 [ 摘要】 介绍了十一矿 己二下山采 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 [ 中图分类号]T D 3 2 4 [ 文献标识码】B [ 文章编号】1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 0 6 0 5 - 0 0 5 5 - 0 2 Fo r e c a s t a nd Co nt r o l Te c h no l o g y o f Ro c k． bur s t i n Co l l i e r y 冲击矿压是指煤体内或岩体内的弹性能，在外 界 因素的触发下 ，其平衡状态遭到破坏 ，向 自由空 间突然释放能量的动力现象。它是矿山压力显现的 一 种特殊形式，具有突发性、瞬时眭和严重破坏性 等特点，是威胁煤矿安全生产的严重灾害之一。 1 7 8 3年在英国发生了世界采矿史上第 1 次冲 击矿压，1 9 3 3年在抚顺胜利矿发生了我国采矿史 上第 1 次冲击矿压。近年来，随着矿井开采深度的 不断增加，矿山压力显现非常明显，冲击矿压在我 国煤矿时有发生，造成了严重的人员伤亡和财产损 失，因此冲击矿压的预测与防治已成为煤矿安全生 产中一项重要课题。十一矿于 1 9 7 9年建成投产， 目前 年 生产 能 力 核 定 为 1 ． 8 Mt ，开 采 深 度 已达 8 0 0 m以上，自2 0 0 0年以来，在十一矿己二下山采 区掘进头和回采工作面多次发生大的煤炮及震动现 象 ，局部煤壁大面积片帮 、挤 出、支架移动扭斜 、 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。 1 地质概况 十一矿己二下山采 区位于井 田的中西部 ，煤层 倾角≥2 5 。 ，开采己16 _ l7 煤，厚度 4 ． 2 5 2 0 ． 5 4 m， 平均 厚 度 7 ． 4 5 m。其 直 接顶 为 砂 质 泥 岩，厚 1 ． 8 2 m，基 本 顶 为 灰 白色 条 带 状 细砂 岩，厚 1 0 ． 4 m，直接底为灰黑色团块状泥岩，厚 5 ． 6 m， 老底为灰色泥质灰岩，厚 l m 。己 煤层煤质脆， 硬度低 ．厂 1 2 ，采深 8 0 0 1 2 0 0 m。 2 煤层冲击倾向性测定 十一矿己二下 山采 区 2 2 0 4 0 ，2 2 0 8 0，2 2 1 2 0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 2 2 1 2 0工作 面、集中运输巷掘进头选取 1 2 个煤样 ，进行冲击 倾向性测定。1 2个煤样的平均参数单轴抗压强 度 1 2 ． 4 3 2 M P a ；弹性能指数 3 ． 7 4 3 WE T ；冲击能量 指数4 ． 2 3 9 k E ／ k J ；动态破坏时间 1 2 0 s 。测定结果 表明己二下山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 1 0 0 m V，电磁 辐 射 脉 冲数 为 2 5 0 0 0。 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。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 E M E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 1 0 0 m V ，脉 冲数 为 1 5 0 0 0 ，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煤 岩体内部应力变化尺度及破坏程度的特征信息。 自掘进工作面迎头 向外 5 0 m 范 围内每 隔 1 0 m 布置一测点，在该区域内进行电磁辐射监测。监测 [ 收稿日期】2 0 0 6 0 6 0 5 [ 作者简介】何宗礼 1 9 6 5一 ，男，河南南阳入 ，工程师，1 9 8 8年毕业于焦作矿业学院采矿系，现任十一矿总工程师。 5 5 维普资讯 总第7 2期 煤矿 开采 2 0 0 6年第5期 过程中如发现某一区域电磁辐射值高于临界值 1 0 0 m V 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。 4 ． 2 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 4 2 ra m，孔深 7 8 m，间距 5 6 m，钻孔距底板 1 ． 2 m，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 l m测量一次。如果检测到的煤粉量超过临 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。煤粉量临界值钻孔深度≤4 ． 0 m，临界指标 4 L ／ m；钻孔深度 4 ． 0 m， 临界指标 6 L ／ m。 5 钻孔爆破卸压防治冲击矿压 5 ． 1 钻孔布置方式 根据电磁辐射监测、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 2 3 k g ，封泥长度为 3 ． 0 m，反向装药，多雷管 或单雷管导爆索及 引药装人眼底，1 3个炮眼为 1 组，单孔或 1 组 孔爆破。 姗 4 0 0 2 0 0 2 g -3 g -4 5 g -6 g - 扣l进头 7 6 譬5 g -4 g - 3 g -2 g - 图1 卸压爆破前的电磁辐射信号 图2 卸压爆破后的电磁辐射信号 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 ． 0 m时，煤粉量为 4 ． 5 L ／ m，当钻孔深度为 4 ． 0 6 ． 0 m时，煤粉量为 7 L ／ 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。 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，冲击危险陛较大，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，有效地控制了冲击矿压的发 生，也有利于巷道支护， 保障了矿工人身安全。 6结论 1 冲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。 2 电磁辐射监测、煤粉钻屑法检测能够比 较准确地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。 5 煤矿冲击矿压的很多问题尚未研究透彻， 理论上也需要进一步完善和提高。 [ 责任编辑 邹正立】 5 6 维普资讯