冲击地压的成因浅析.pdf

第 2 8卷第 l 期 2 0 0 9年 1 月 煤炭技 术 C o a l T e c h n o l o g y Vo 1 ． 2 8。 No ． 01 J a n ， 2 0 0 9 冲击地压 的成 因浅析 刘 士 君 1 ． 中国矿业 大学 资 源与地球科学学 院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ；2 ． 鹤岗矿业集 团公司 地质测量处 ，黑龙江 鹤 岗 1 5 4 1 0 0 摘要 从 分析地质应 力对地质体 的作用着手 ， 结合 围岩特 征以及人 为扰动 因素 的影响 ， 对 照实例 ， 初 步阐明 了冲 击地压产生的 内在原 因， 探讨了 目前形势 下防治灾 害的有效途径 ， 从而有利于在技术层 面上保证 安全生产 。 关键 词 冲击地压 ；地质应力 ；预防 中图分类号 T D I 6 3 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 0 9 0 1 0 1 7 9 0 3 Ca u s e s a n d I m p a c t o f Pr e s s ur e L I U S h i i U B 1 ． R e s o u r o e s a n d S c i e n c e C o H e g e o f C h i n a Mi n i n g U n i v e r s i t y ，Yu z h o u 2 2 1 0 0 8。 Ch i n a ； 2． G e o l o g y I n p e e t i n g D e p t ． - H e g a n g Mi n i n g I n d u s t r y G e o u p 。 H e g a n g 1 5 4 1 0 0 。 C h i n a Ab s t r a c t Fr o m a n a l y s i s o f g e o l o g i c a l s t r e s s o n t h e r o l e o f g e o l o g i c a l p r o c e e d， W i t h r o c k c h a r a c t e ris t i c s an d t h e i mp a c t o f h u ma n d i s t u r b a n c e， E x a mp l e s o f c o n t r o l ， I n i t i a l p r e s s u r e t o c l a rif y t h e i mp a c t o f t h e u n d e r l y i n g c a u s e s ， Di s c u s s i o n o f t h e c u r r e n t s i t u a t i o n i n a n e f f e c t i v e wa y t o c o mb a t d i s a s t e r s ， Th u s b e n e fit i n g a t t h e t e c h n i c a l l e v e l t o e n s u r e p rod u c t i o n s a f e t y． Ke y wo r d s r o c k b u rst ； g e o l o g i c a l s t r e s s ； p r e v e n t i o n 0概 述 萎 萎 美 柔 擎 随着开采条件的变化及采动水平的加深， 冲击地 下 3 方面 地质应力， 围岩特征以及人为扰动。 伸， 为矿井生产创造 了有利条件 。 4 地 下 防治水工作 地 表 疏 干 固然 重 要 ， 但井 下 防 治水 也 是保 证 矿 井安全 生 产 的必 不可 少 的手段 。峻德 矿对地 下水 防 治工作 采用 的是 “ 防 探 结合 ” 的方 法 ， 以保 证 矿 井 的 安全生产工作。 “ 防” 指的是各种防水煤柱的留设 。对露头区段 采用 留设 6 0 m岩柱 的方 式 ， 先 采 6 0 m 以下 的阶段 。 待砂层疏干到残余水头 5 m以下 ， 再开采上部煤层 的方法。以煤炭 的采 出率达到最高。在 阶段 布置 上 ， 采用留设阶段煤柱 的方式， 防止采空 区的积水 ， 向下 阶段工作面涌人 ， 阶段煤柱 留设为水平距离 1 O ～ 1 5 m 。隔断上下 阶段 的水力联 系， 保证了工作 面 的安全 生产 。断层 防水 煤柱 ， 采用 最小 2 0 m 的方法 留设 先探放 ， 后开采 。使工作面保持相对的独立 体 ， 不 与断层 发生 水力 联系 ， 阻断来 水通 道 。从而保 证安 全 生产 。 “ 探” 指的是探 放水工作 。峻德煤矿坚持“ 有疑 必探 ， 先探后掘” 的原则 ， 对开采区域周边及上部， 有 可能产生积水 的区域 ， 必须先探明积水情况， 然后打 钻放水。直到无水情水害威胁 的情况下， 进行开采 工作。例如 2 9 2开采的南 2 2 2层 ， 煤层厚度 1 ． 8 2 ． 2 m， 上部 2 2 1 层 已开采 结束 。与 2 22层层 间 距为 2～8 m。2 2 2层开采 ， 根据三带公式计算 ， 冒 落带导通 2 21 层采空区。2 2 1 层开采时 ， 由于煤 层赋存情况 ， 有一处低洼带 ， 预计积水量 6 0 0 0 m ， 采用 先探 放 水 的方 式 ， 打 了 3个 放 水 钻 孔 ， 经 2 0 d 放水 ， 共放出水量 5 8 4 0 m 3 ， 保证 了 2 9 2工作面的安 全生产 。再例 如 ， 在 二水平 南部 皮带巷 的 掘进 中 ， 巷 道施工到古生界花 岗岩地层 中时 ， 场子头发现涌水 征兆 ， 为保证安全生产， 先进行了探放水工作。打了 3个探放水钻孔。涌水量最高达到了 5 2 0 m 3 ／ h ， 防止 了重大水害事故的发生。类似的例子枚不盛举。 5 结语 通 过 以上 的分 析和各 种 防治 水工 作 的理论研 究 表明 地面“ 深井直排” 、 地下“ 防探结合” 对保证煤矿 安全起到了很好的效果和具有指导意义的方法。 责任 编辑吕瑶 收稿 日期 2 0 0 8 0 91 5 ； 修订 日期 2 0 0 8 1 1 0 5 作者简介 刘士君 1 9 7 3 一 ， 男 ， 山东临巴人 ， 地质高级工程师 ， 1 9 9 8 毕 业于辽宁辽宁工程 大学地质专业 ， 中国矿业大学 资源与 地球 科学学院研究生 ， 现工作 于鹤岗矿业集 团公 司地质测量处 。 l 8 0 煤炭技术 第 2 7卷 地 质应 力是 由于地 球 的 自转 、 公转 等 形成 的 大 区域板块运动而产生的构造应力， 这种应力在全球 范围内存在而且呈不断变化的不均衡状态分布。需 要 说 明的是 这 里所 说 的地 质应 力 是更 为 广 泛意 义 上 的 ， 它不仅包 括前述 的构造应 力 ， 还包 括研究范 围 内煤系地层及围岩 自身的重力影响。在没有人为因 素的影响下 ， 经过漫长的地质历史时期 ， 构造应力对 地质体不断作用 的结果 ， 形成 了丰富多彩 的地貌特 征及 多种 多样 的矿产 资源 。在地表 可见 的作用 痕迹 如山川 I 湖泊 ， 褶皱断裂等等， 在地质体内部形成了褶 曲断层 以及 各种组 分之 间的交错切 割关系 。 构造应力长期作用于地质体而形成的最终表现 形式不仅与应力本身的大小、 方向、 作用时间密切相 关 ， 而且还与地质体 固有 的特性有关 。即使同一个 作用 力 以相 同的 时 间施 加于 不 同 的地 层层 位之 上 ， 所产生的结果往往不相一致 强度较大、 可塑性较高 的常常表现为褶曲， 而强度较小或刚性突出的更易 产生断裂。当作用力及地质体本身的特性均不一致 时， 情况将更为复杂一些 当地质体的塑性较强 ， 主 要应力的强度相对较弱 ， 作用时间相对较长时， 作用 的结果是构造应力不足以破坏地质体的连续性而仅 仅使其发生塑性形变， 从而形成了山峰、 低谷、 褶 曲 等 ； 相反， 当地质体的刚性较大、 而且应力较强或作 用时间较短时 ， 地质体的连续性就会在“ 瞬间” 被破 坏 ， 在达到一定程度时又产生新的应力平衡状态， 这 时应力作用的结果就是地震、 断裂等。不管是上述 那种情况 ， 地质应力在对地质体进行改造后并不完 全消失 。从 较长 的地 质 历史 时期来 看 ， 它 在任 何 时 间、 任何地点都是客观存在的， 并且始终是处于不断 地变化过程之中。在一个相对较短的时期 内， 其变 化幅度不是很显著 ， 可 以近似认为是恒定的。地质 应力对地质体的作用形式主要 以净压力为主， 所有 地质体随时都处于构造净压力的影响之下， 并且被 这种净压力所控制和改造。从这个意义上说， 冲击 地压与地震等地质作用在成因上没有本质的区别， 唯程度 不同而 已。 以上仅是对构造应力作用的理想化分析。实际 上， 在一定范围内， 往往存在不同方向、 不同强度、 不 同时间的多个应力对不同特性地质体的联合、 持续 作用 ， 因而形成的客观表象是极其复杂的⋯。 l 冲 击地压实例论述 1 鹤岗矿业集团南山矿在掘送西一区 1 8 层一 分段综放面溜子道时，采用 K A一1 0 0型掘进机施 工 ，锚网 索 支护 ，净断面不小于 1 4 m 2 ，施工层 位煤层底板 ，施工坡度 l 5 。 。当工作面延至距切 眼位置 1 0 0 IT I 时，开始数次发生冲击地压现象 ，所 幸由于冲击地压强度较弱，工作面断面较大而未造 成人员 伤亡 。 该工作地点 以西 1 0 0余米为南 1 5大断层 ， 以东 数 l 0 米为北五区 l 8 层三分段、 四分段、 五分段停采 线。施工地点向上 3 04 0 m为北五区 1 5层 四分 段 、 西 一 区 l 5层 综放 面及 井 田西部 边 界 多个 综 放 、 “兀 ” 放面之间的煤柱。施土地点北侧为 一6 0总 回， 该巷道施工时有很长的区域穿过 l 8 层煤。见煤时， 发现煤层十分破碎 ， 层理紊乱 ， 存在大范围的层间错 动， 巷道维护十分 困难 ， 不得不数次改变施工方位 ， 并采用超前穿楔 、 镶帮镶顶挂 网喷碹等多种支护方 式， 才使工程得以完成。 2 南山矿盆底区 1 5层零分段“ ” 放工作面在 开采后不久即发生一次较强烈 的冲击地压事故 ， 工 作面顶板在瞬间下沉了超过 1 m， 局部帮底围岩也 有较强烈的变形 ， 所幸 由于工作面及两巷 的断面较 大， 支护质量较好 ， 没有发生直接的人员伤亡 ， 否则 后果不堪 设想 。 该工作面处于 自北五区向盆底区的过渡区域 ， 走向北东 ， 平均煤厚 1 4 m， 一次采全高。其具体位 置介 于上方 的北 五 区 1 5 层 六 分段 下 块 采空 区和 下 方的盆底区 1 5层一分段一分层采空区之间， 属 2个 工作面之间的超尺隔离煤柱。该工作面是为了加强 资源 的回收效果 ， 而补送 的回采场所 。 2 冲 击地压成 因分析 大断层附近一般来说地质应力较为集 中， 这是 因为形成 断裂 并 不意 味着 相 应 的 地 质 应力 完 全 释 放 ， 而仅 是部分 释放 后 达到 一 种暂 时 的平 衡 。相对 而言， 剩余的应力可能仍比附近其它区域为强， 而且 由于应力场总是处于永不停息的变化之中， 断裂并 不一定产生于应力形成的最初时期 ， 即应力 的作用 是持续不断的， 从而导致断层附近的应力值往往偏 高。特别是由于挤压而成的逆断层及某些正断层附 近 ， 表 现更为 明显 。 西一区 l 8层一分段综放面处于南 1 5大断层附 近 ， 从 一6 O总 回实际情况分析， 该 区域 目前所承受 的原始地 质应 力应 较 大 。施 工 地 点上 方 属 1 5层 采 空区煤柱。因 1 5层煤层厚度大 ， 采动后围岩 冒落、 变形 严重 ， 构造 应力 和围岩 自重 作用 叠加 ， 集 中作用 于没有发生采动的 1 5层煤柱附近 ， 这种效果又直接 传递于下伏的 l 8 层煤柱之上， 致使该区域围岩承受 很大的净压力； 加之 l 8 层一分段临区断层及采动效 应的影响， 使这种净压力的数值更为突出。当巷道 自南 向北掘送 进入 该 范 围时 ， 因人 为 因 素破 坏 了 围 岩的完整性而扰动了这种净压力的稳定状态， 导致 其重新进行不均衡分布。当应力的集中作用超过了 某一区域围岩的抵抗强度时， 缓慢 的塑性形变转化 为瞬间的刚性断裂 ， 便发生了所谓的冲击地压现象。 第 2 8 卷第 l 期 2 0 0 9年 1 月 煤炭技术 C o a 1 Te c h n o l o a w V o 1 ． 2 8 ． N o ． 0 1 J a n ， 2 0 0 9 ◆ ◆ ◆ ◆ ’ 企业管理 { I． ． ◆ ‘_ ◆ ◆ I’ 依托先进技术手段 建立顾北矿井地质安全保障体系 魏健 准浙煤电有限公 司 顾北煤矿分公司 ，安徽 淮南 2 3 2 1 5 1 摘要 介绍 了顾北矿井地质安全保障体系 的建立过程 以及工作方法 ， 阐述 了围绕建立矿井 地质安 全保障体 系所 做 的地质 、 钻探 、 综合物探工作以及信息化管理 系统 的建立等 ， 并对实际应用效果进行了分析 和总结 。 关键词 矿井地质安全保 障体 系；三维地震 ；信息化管理 ；地质分析 ；预测预报 中 图分类号 T D 7 6 文献标 识码 A 文章编号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 0 9 0 1 0 1 8 1 0 3 De p e n d s 0 n Ad v a n c e d Te c h n i c a l M e t ho d Es t a b l i s h me n t M i n e Pi t Ge o l o g i c S a f e t y S a f e g u a r d S y s t e m 0 f Gu b e i Co a l M i n e WE I J i a n G u b e i C o a l Mi n e S u b s i d i a r y C o ． ， Hu a i z h e C o a l E l e c t r y C o ． ， H u a i n a n 2 3 2 1 5 1 ． C h i n a Ab s t r a c t Th i s a r t i c l e i n t r o d u c e d b rie fl y t he mi n e p i t g e o l o g i c s a f e t y s a f e g u a r d s y s t e m o f Gu b e i c o a l mi n e e s t a b． 1 i s h me n t p r o c e s s a n d t h e me t h o d o f wo r k，e l a b o r a t e d t h e e n c o mp a s s me n t e s t a b l i s h me n t mi n e p i t g e o l o g i c s afe t y s afe g u a r d s y s t e m d o e s g e o l o g i c a l ，t h e d r i l l i n g，t h e c o mp r e h e n s i v e g e o p h y s i c a l s u r v e y w o r k a n d t h e i n f o r ma t i o n- i z a t i o n ma n a g e me n t s y s t e m man a g e me n t s y s t e m e s t a b l i s h me n t a n d S O o n，a n d h a s c a r r i e d o n t h e an a l y s i s a n d t h e s u mma r y t o t he p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n e f f e c t ． Ke y wo r d s t h e mi n e p i t g e o l o g y s afe t y s afe g u a r d s y s t e m；t h r e e d i me n s i o n a l e a r t h q ua k e；i n f o r ma t i o n i z a t i o n ma n a g e me n t ；g e o l o g i c al a n a l y s i s；f o r e c a s t 百． 一 积极进行矿井地质安全保 障体系的建立工作 ， 为矿 口 井的安全生产提供地质技术保障 ， 它是以地质量化 针对顾北矿井复杂的地质条件 ， 矿瓦斯地质部 预测为先导 ， 以物探、 钻探等综合技术为手段 ，并依 断裂发生后 ， 由于应力得以释放而处于一个短暂的 力状态进行定性分析 ， 划定可能发生冲击地压的不 相对 平 衡 。随着施 工 的进行 ， 应力 又不 断发生 变化 ， 安 全 区域 ； 直至一次新的冲击地压产生。 ⑤严格按开采程序布设工作场所 ， 按设计组织 至于盆底 区北翼 1 5层零分段“ 兀 ” 放工作面 ， 产 施工 ， 尽量避免开采隔离煤柱和其它应力集 中区域 生 冲击地 压 的原 因更 为 容 易 理解 工 作 面 两侧 及 下 而 产生 冲击地压 ； 伏煤层的相邻分段都 已回采完毕 ， 并且这两个煤层 ⑥尽可能采用分层开采方法降低采高， 并且加 都是 巨厚煤层 ， 采动后 引起 的应力变化和重新分布 大开采相邻分层之间的时间间隔， 便于应 力的缓慢 作用较强 ， 工作 面附近所承受的净压力很大。掘采 释放和重新分配 ； 活动等人为扰动阶段性地促使应力的集中释放。当 ⑦加强防治冲击地压的技术管理 ， 在作业规程 应力超过岩体的抵抗强度后 ， 就以冲击地压的形式 或施工措施中必须明确相关规定； 而显现出来 。 ⑧加强施工管理 ， 加大采掘工作面的断面规格， 根据 冲击地压 的发生原 因， 结合该地区的实际 并采取切实有效的支护手段 ， 降低 冲击地压产生时 情 况 ， 现 阶段应 采取 以下 防治措 施 所造成 的危 害程度 。 ①与科研机构或大专 院校合作 ， 开展防治冲击 々 胜 卉 地 压 的专题 研究 ； ～ ⋯ 一 ②加强相关信息沟通与成型经验的借鉴 ， 参考 综上所述 ， 随着开采条件的变化 ， 冲击地压已成 其它地区防止冲击地压 的有效做法 ， 结合该公司现 为危害煤矿安全生产的重大隐患。必须从揭示区域 状 ， 探索适宜的具体防治手段和防治措施； 地质应力 、 判定围岩性质及尽量减少人为扰动和加 ③进一步加强现场实际观测和基础数据的搜集 强被动防御几个方面着手 ， 降低其危害程度 ， 维护安 工作， 为 揭 示该 地区冲 击 地压 的发 生 规律， 定量 描 述 令 生 产的 整 体 形势。 妻 苎 兰 冲 击 地 压 有 关 的 技 术 参 数 ， 建 立 相 应 模 型 ， 作 丐 冲 击 矿 压 发 生 的 机 理 分 析 [J ] ．煤 炭 技 术 ，2o o 8 ， 5 I79 好 诵 圣 ； 一8 0 ． ④ 加 强矿 井 地 质工 作 ， 对 井 田或 矿 区的地 质应 责任编 辑吕 瑶 收稿 日期 2 0 0 8 0 8 1 5 ； 修订 日期 2 0 0 8 1 1 0 5 作者简介 魏健 1 9 7 0一 ， 男 ， 江苏 徐 州人 ， 本科 毕 业 ， 工 程 师 ， 现在 淮 浙煤 电公 司顾 北 煤 矿分 公 司 瓦 斯地 质 部 工 作 ， T e 1 1 3 6 9 5 6 1 8 6 3 8 ， Ema i l p z k w j 1 6 3． c o mo