华丰煤矿冲击矿压基本规律研究.pdf

第 l 2卷 第5期 总第7 8期 2 0 0 7年 l 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 2 N o ． 5 S e r i e s N o ． 7 8 0 c t o b e r 2 o 0 7 华丰煤矿冲击矿压基本规律研究 沈 玉坤 新汶矿业集团华丰煤矿 ，山东 宁阳 2 7 1 4 1 3 [ 摘要] 通过对矿井多年来发生冲击矿压的分析研究，总结了发生冲击矿压的基本规律，加 强对冲击矿压的预测预报，降低 了矿井损失。 [ 关键词] 冲击矿压；基本规律；预测预报 [ 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 7 0 5 - 0 0 6 8 - 0 2 Ba s i c Rul e Re s e a r c h o n Ro c k Bur s t i n Hu a f e ng Co l l i e r y 1 华丰煤矿冲击矿压情况 华丰 矿 目前 已开 采 到 一9 2 0 m 水平 ，垂 深在 1 0 5 0 m以上，深部矿压显现越来越明显。经测定， 其 自重应力 在 2 0 MP a以上 ，同时存在较大水平构 造应力 ，在 3 0 4 4 MP a 。 经北京开采所鉴定 ，华丰矿 4层煤具有强烈冲 击倾 向性 ，为严重 冲击矿压煤层。 自 1 9 9 2年 1月 以来， 4层煤共发生 0 ． 5 级以上冲击矿压 2 8 0 0 0余 次，1 ． 0级以上冲击矿压2 9 0 0 余次，1 ． 5 级以上冲 击矿压 4 9 0余次，2 ． 0级 以上的 7次，最大震级 2 ． 9级 ；共发生破坏性 冲击矿压 1 0 4次 ，造成工作 面停产的 1 1 次 ，严重影响了矿井安全生产。 ． 2 冲击矿压基本规律 2 ． 1 按农历统计结果分析 华丰煤矿 冲击矿压的发生次数随农历的变化规 律具有波动性和周期性 ，即在农历每月初一和十五 左右冲击矿压的发生次数明显增加 ，符合月球固体 潮规律性；在初九左右 ，冲击矿压的发生次数有增 加趋势 ，不符合月球固体潮规律性 。因此 ，华丰煤 矿冲击矿压的发生次数随农历的变化规律既有符合 月球固体潮规律性 的一 面，也有其 自身的特殊性。 2 o 0 0年农历每月的十五至十七华 丰煤矿 冲击矿压 的发生次数 占总数的 2 3 ％ ，2 0 0 1年农历 每月十四 至十六华丰煤矿冲击矿压发生次数 占总数 的 2 0 ％。 可见 ，在农历每月的十五左右华丰煤矿冲击矿压的 发生次数较大 ，冲击矿压发生具有集 中性 。 2 ． 2 按月份统计结果及分析 2 0 0 0年及 2 0 0 1年华丰煤矿冲击矿压的发生次 数随阳历的变化基本上不符合月球 固体潮规 律性 ， 其 自身的特殊性 比较明显 ；2 0 0 0年 ，7月份冲击矿 压发生次数明显增加 ，可能和雨季有关 ；2 0 0 1 年 ， 华丰煤矿冲击矿压的发生次数逐渐减小 。 2 ． 3 1 9 9 5年到 2 0 0 1 年按能量统计结果分析 1 9 9 5年华丰煤矿 冲击矿压所释放 的能量完全 符合太阳固体潮的规律 ，即 3 4月份和 1 0一l 1 月 份冲击矿压所 释放的能量明显增 加；1 9 9 6年华丰 煤矿冲击矿压所释放的能量比较符合太 阳固体潮的 规律 ，即3 4月份 冲击矿压所释放的能量明显增 加 ；1 9 9 7年华丰煤矿 冲击矿压所 释放的能量不符 合太阳固体潮的规律；1 9 9 8年华丰煤矿冲击矿压 所释放的能量 比较符 合太阳固体潮 的规律 ，即 1 0 一 l 1 月份 冲击矿压所释放 的能量 明显增加 ；1 9 9 9 年华丰煤矿 冲击矿压所释放的能量基本上不符合太 阳固体潮的规律 ；2 0 0 0年华丰煤矿 冲击矿 压所 释 放的能量比较符合太阳固体潮的规律，即 1 0一l 1 月份冲击矿压的发生所释放的能量 明显增加 。但 7 月份华丰煤矿 冲击矿压所释放的能量不符合太阳固 体潮的规律 ；2 0 0 1年华丰煤矿 冲击 矿压所 释放的 能量 比较符合太阳固体潮 的规律 ，即 3 4月份 冲 击矿压所释放 的能量有增加趋势。 在所统计 的 1 9 9 5年到 2 0 0 1年共 7年时间 中， 理论上每年有两次受太阳固体潮的影响 ，华丰煤矿 冲击矿压应有 1 4次释放能量较 大的情况 。从所统 计的结果看，华丰煤矿冲击矿压共有 6 次释放能量 较大的情况 ，占3 ／ 7，为 4 3 ％ ，因此太阳固体潮对 华丰煤矿冲击矿压释放能量有较大的影响。 1 9 9 6年和 1 9 9 8年华丰煤矿冲击矿压所释放的 能量明显增加。其他年份华丰煤矿冲击矿压所释放 c 收稿 日 期】2 0 0 7 0 5 一 O 8 c 作者简介】沈玉坤 1 9 6 5一 ， 男 ，山东单县人 ， 助理工程师 ， 1 9 9 7 年山东矿业学院采矿工程系函授毕业。 68 维普资讯 沈 玉坤 华丰煤 矿冲击矿压基本规律研 究 2 0 0 7年 第 5期 的能量 比较 平缓 。2 0 0 0年华丰煤 矿冲击 矿压所释 放 的能量也有增加趋势。可见 ，华丰煤矿冲击矿压 所释放 的能量具有 一定 的周期 性 ，其周期 大致 为 2 a左右。 2 ． 4 岩层和地表移动与冲击矿压关系 华丰矿具有特殊 的地质条件 ，第三系砾岩层厚 5 5 0 余米，完整性较好，整体硬度大，采动后砾岩 层断裂垮落形成华 丰矿特有的覆岩运动形式砾 岩运动。而且 由于第 四纪表 土层较薄 04 m ， 所 以其地表移动变形实质上反映了上覆砾岩层的运 动情况 。华丰矿这一特殊 的地质条件决定 了井下 冲 击矿压的发生必然会影响到上覆砾岩层运动和地表 移动，实际上对现场观测数据的简单分析也发现下 沉速度变化与发生冲击矿压时间上具有某种对应关 系。探求岩层和地表移动与冲击矿压之间的相互关 系并寻找一些内在规律 ，进而可望通过岩层和地表 移动监测这一简单易行的间接方法 ，为华丰矿冲击 矿压的预测和防治提供新手段 。 地表下沉速度剧烈变化处，冲击矿压发生频率 较高 ，往往在地表下沉速度剧烈变化之前或之后数 天发生。一般情况下 ，提前或滞后 2 0 d左右的可能 性较大 ，占7 O ％左右。 地表下沉量的反弹处更为危险，常伴有震级较 大的冲击矿压发生 。反弹变化越大 ，则震级越大。 如 1 9 9 6年 4月 2 9日对地表下沉速度 的反弹处发生 2 ． 9级强震。统计表明反弹处发生 2 ． 0级 以上强 震 的比例为 5 O ％ 。 砾岩运动是砾岩底部离层平衡系统失稳垮落的 结果 。在离层孕育失稳 的过程中，岩体 自重使砾岩 体积蓄大量 的弹性能 ，并作用于采空区围岩体 内， 形成高压应力集中带，当离层发育足够大时，其平 衡条件被 破坏，砾岩层 底部就会 发生断裂垮 落活 动。以往相似材料模拟试验和地表岩移观测数据表 明 ，砾岩层的断裂具有较明显的周期性 ，而且每一 次大的断裂都预示着覆岩要发生一次较大的运动。 砾岩活动阶段性 大周 期 与发生 冲击 矿压 具有一定关系。如 1 4 0 7工作面地表沉陷观测资料 表明，工作面每推进 2 5 03 OOm 左右 ，地 表就 出 现短时间强烈反弹 ，随后下沉速度显著增大。地表 强烈反弹暗示着砾岩运动强度不断加大的开始。 1 砾岩 运动 具有 阶段 性 华 丰矿 1 4 0 7面 1 9 9 5年 1月至 1 9 9 7年 1月可大致分成 4个砾岩运 动阶段，第 1阶段为砾岩初始运动阶段 ，第 2阶段 为砾岩运动相对稳定阶段 ，第 3阶段为砾岩显著运 动阶段，第4阶段为砾岩剧烈运动阶段，从而构成 一 个运动周期 。地表下沉速度变化趋势客观上反映 了砾岩运动的阶段性变化特征 ，即变化强度 由弱渐 强 ，频度从低到高。 2 砾岩运 动阶段 内发生 冲击矿 压具有规律 性砾岩初始运动 阶段冲击 矿压 多集 中于开采 初 期 ，相对稳定 阶段冲击矿压多集中于此阶段首尾两 端 ，显著运 动阶段冲击矿压多发生在此阶段地表下 沉速度曲线 突变处前后时刻 ，剧烈运动阶段 由于下 沉速度突变或反弹频繁 ，因而冲击矿压发生较集 中 且十分频繁。 3 推采距 离阶段 性与发 生冲击矿 压有基本 的对应关系工作面每向前推进 3 OOm左右 ，上覆 砾岩层即进入一次阶段性运动 ，由初始运动 、相对 稳定运动 、显著运动到剧烈运动。推采距离决定 了 冲击矿压发生 的强度与频度 ，同时也影响地表下沉 速度变化。因此实际开采中，应着重考虑推采距离 的影响 ，工作面每向前推进接近 3 OOm左右时 ，应 采取相应的冲击矿压防治措施 ，以免发生事故。 由此可以看出，研究砾岩运动规律对冲击矿压 的预测与防治具有十分重要 的实际工程意义与现场 应用背景 。 2 ． 5 砾岩活动周期性与发生冲击矿压关系 华丰矿砾岩运动除具有阶段性特征外，每个运 动阶段内还具有小周期规律。 1 1 4 0 7面在砾岩初始运动阶段 冲击矿压均 发生于工作面刚开始推进的 l O O m内，说明采动引 起围岩原始应力重新分布 ，造成岩体平衡破坏 ，因 此在趋于稳定之前易引发冲击矿压。 2 在砾岩相 对稳定 阶段 、显著运 动阶段 和 剧烈运动阶段中，冲击矿压极易发生在该阶段的首 尾两端 l OOm左右处 ，因此这些时刻十分危险 ，开 采时应注意防范。 3 震级较 大的 2 ． 0级 以上 冲击 矿压除在初 始阶段发生在工作面开采起始时刻外，其余均发生 在各运动阶段末端时刻。说明较大震级冲击矿压发 生具有周期效应。 各阶段小周期规律与冲击矿压关系体现在 1 砾 岩相 对稳 定阶段 1 4 0 7每 开采 6 O一 9 0 m左右时，地表下沉速度 曲线就出现一次波动 ， 则对应砾岩层 出现一次较快的下沉活动 。 2 砾岩 显著运 动 阶段 1 4 0 7每 开采 4 O一 8 0 m左右时，地表下沉速度 曲线就出现一次波动 ， 且波段明显缩短即波形变陡 ，下沉速度增大 ，砾岩 层则出现一次更快的下沉活动，并且下沉幅度显著 增大。 下转 9 8页 6 9 维普资讯 总第 7 8期 煤矿 开 采 2 0 0 7年第 5期 5 修复各单位应及时编制修旧利废统计报 表 ，认真执行报表报送制度 ，为考核修旧利废成果 提供准确 的依据。 3 ． 2 建立修 旧利废技术标准，把好质量关 矿应组织有关专业部门、专业人员编制修旧利 废技术标准，给予修复各单位以技术指导， 并在实 际应用中不断修改、补充、趋于完善。管理考核部 门对修复产品要严格执行完好标准 ，现场把关 、定 期考核、分期结算和集中监管，并规定其试用周期 和使用周期 ，建立系统 的质量跟踪制度 、定期收集 使用单位质量反馈信息、监督检查，保证修旧利废 工作有绩效。 3 ． 3 建立奖惩办法，激发职工修 旧利废积极性 对地面 、井下极易丢失的小型材料和回收有一 定风险的材料应给予适当的回收补贴 ，使废料回收 有着落；对修复各单位坚持 “ 谁修复、谁受益” 的原则，实行月度考核、季度奖励；对积极领用修 复产品的单位给予优惠政策。充分调动职工修旧利 废的工作积极性，提高废旧材料的综合利用率，最 大限度地降低吨煤成本。 随着科学技术的进步和发展 ， 动化程度越来 越高，设备也越来越先进 ， 修旧利废工作中的技术 创新作用尤为突出。因此 ，要加大对职工技术攻关 的奖励力度 ，积极推广新材料 、新技术、新工艺 ， 搞好代用。大力宣传和表彰革新能手，营造节约和 创新光荣的积极氛围，从而调动每一位职工努力学 习业务、刻苦钻研技术的积极性，促进修旧利废工 作健康发展，提升修旧利废工作的技术含量。 4 修旧利废工作要把握好分寸 伴随着煤炭资源的紧张 ，企业开采成本也逐渐 增高，尽管修旧利废为降低成本起到了重要作用 ， 但一定要有度。 1 不能忽视安全。对修复后的零配件一定 要符合标准和质量 ，不能利用的要坚决报废 、不能 强用 ，否则会给安全生产带来隐患，给企业造成不 必要的损失 。 2 规范职工 职业道德 ，避免企业 职工为 了 完成修旧利废项 目 和创效指标而以次充好、以少充 多 、重复验收 ，更要杜绝拆卸新设备上的配件用于 修理旧设备，使得新设备过早衰老而成废品。 5 结束语 经济效益是企业的生命，企业要持续发展，必 须以经济效益为中心，而企业 “ 竞争力” 的核心 是成本，只有降低成本，挖潜节支，才能实现企业 经济效益的预期目标、提高效率。 要使修旧利废真正做到少投人多产出，各煤矿 企业应该更新观念 、与时俱进 ，严抓修旧利废各种 制度、细化管理、深挖 内潜、推行节约精细化管 理 ，抓源头堵漏洞 ，通过一系列有效的运行机制和 约束机制、促进节约型企业的创建、促进修旧利废 工作 的良性循环。 [ 责任编辑 邹正立] 上接 6 9页 3 砾岩剧烈运动阶段1 4 0 7在该阶段起始 开采 2 0 0 m以内，每开采 5 0 6 0 m左右时 ，地表下 沉速度 曲线就出现一次波动 ，则对应砾岩层 出现一 次较快 的下沉活动 ，随着波长 的缩短导致冲击矿压 频繁发生。在每一次小周期内，每个尖端与波谷时 刻均对应冲击矿压发生 ，具有小周期性 ，地表下沉 速度峰值有从小到大、再由大到小的趋势，即符合 砾岩运动的大周期特征。砾岩运动的大周期性 中含 有小周期性 ，表明砾岩运动与冲击矿压的对应关系 具有相似性 。 2 ． 6冲击矿压释放能量与工作面推进距离关系 砾岩活动周期性的直接原因是工作面开采破坏 的周期性 ，工作面随开采距离而释放能量 ，具有一 定的关系。可见在整个工作面的开采过程中，释放 能量具有明显规律性和周期性 ，开始时释放能量较 小 ，随着开采距离增大 ，释放能量逐渐增大 ，到开 98 采一定距离释放能量达到极大值，随后释放能量逐 渐减小。工作面释放能量随开采距离的周期性，一 方面可以用来解释砾岩活动的周期性 ，另一方面可 以用做工作 面的冲击矿压 预报和分析 ，一般情况 下，每个工作面在开采到一定距离必然有一个释放 能量最大处 ，在这个 区域应重点加强防范 。而在工 作面接近开采结束时，一般情况下冲击矿压释放能 量会减小 。 3 结束语 华丰矿 由于开采引起 的井下冲击矿压已给矿井 生产安全带来了严重影响，特别是 随着开采深度的 增加 ，冲击倾 向更趋严重。既然对冲击矿压的基本 规律有了一定的了解，今后更要加强研究，以提高 对冲击矿压发生的可预报性 ，使现场有准备 ，将损 失减到最小程度。 [ 责任编辑 邹正立 】 维普资讯