浅谈深部开采冲 击地 压 的预 测与 防治.pdf

2 0 0 6 年 第2 期 童 拭晨 舛枝 4 3 浅谈深部开采冲击地压的预测与防治 新汶矿业集团公司潘西煤矿苗广东 摘要可能发生冲击地压的范围 1 采空区周围； 2 采掘工作面通过上层或上部遗留煤柱及其他应力集中区； 3 石门揭 露冲击地压煤层； 4 采煤工作面超前压力影响区； 5 断层或大型地质构造附近 ； 6 同时开采的2 个以上的采煤工作面应力 叠加 区； 7 邻近煤层或本煤层中开采边界和残留煤柱的影响区； 8 孤岛采煤。 关键词 冲击地压预测技术爆破御压高压注水 新汶矿业集团公司潘西煤矿采用立井 一斜井联合开拓 方式， 生产能力 1 M t ／ a ， 现生产水平为 一7 4 0 m水平， 井田基本 构造形态属简单的单斜构造 ， 地层走向 2 9 0 一3 2 0 ， 倾向 N E， 自浅入深倾角变大 ， 井田深部倾角一般为 2 8 一3 0 ， 局部地段 受断层影响变陡或变缓。区内断裂构造主要为 N W、 N E和近 南北向三组， 三个不同时期生成 ， N E向切割 N W 向断层， 近 南北向切割 N W、 N E断层。该 区共有大中型断层 1 7 条 ， 方向 性明显， 其中北西向断层 2条， 北东向断层 1 3条， 近南北 向 断层 2条， 大都为正断层， 都是北盘上升， 南盘下降。 1 冲击地压条件分析 1 ， 1 矿 山地质因素 1 开采深度。开采深度越大， 在采掘空间围岩体内形 成的应力集中程度越大， 潘西矿开采深度已达到 8 0 0 多米。 2 煤岩层具有冲击倾向性。潘西矿十九层煤具有弱冲 击倾向， 顶板具有强烈冲击倾向； 2 0 0 5年对三层煤鉴定结果 表明三层煤具有弱冲击倾向， 顶板具有强烈冲击倾向。 3 煤层和顶底板岩石性质及特征。发生冲击地压的必 要条件是形成较大的集中应力和积聚较多的弹性能， 这就要 求顶底板岩层 比较坚硬， 煤的强度高， 弹性模量大、 含水率 低、 变质程度高 ， 一般冲击倾向较强。潘西矿 1 9 层煤的单 向 抗压强度 2 ， 4 M P a ， 含水率 0 ． 9 9 ％， 自然吸水率 3 ， 1 0 ％， 弹性 模量 3 ， 7 71 0 一M P a 。性能指数见表 1 、 表 2 。 从表中可以看出顶底板岩层比较坚硬， 弹性模量大、 煤 的含水率低、 变质程度高， 发生冲击的可能性高。 4 地质构造影响。地质构造如折曲、 断裂、 煤层倾角及 厚度突然变化等也影响冲击地压的发生。宽缓向斜轴部易 于形成冲击地压； 断裂犹如一个开采边界 ， 若回采方 向朝向 断层面， 则冲击危险增加； 煤层倾角和厚度局部突然变化的 地带， 实际是局部地质构造积聚的地带， 极易发生冲击地压。 表 1 1 9层煤顶板各分层的弯曲能量 厚度 深度应力 弹性模量 抗弯强度 弯曲能量 项 目 m k 7 l O 3 M P a M P a 指数 k J 粉砂岩直接顶 6 ． 5 1 0 B 1 7 ． 9 5 1 2 ． 7 8 5 ． 5 3 中砂岩老顶 1 4 ． 5 2 5 0 B1 0 B 3 7 ． 8 3 1 ． O 9 l l 9 ． 8 3 粉砂岩顶板 4 1 0 B 1 9 1 3 ． 0 7 2 ． 0 8 四灰顶板 5 1 0 B 3 6 ． 3 2 7 ． 8 4 0 ． 4 8 表 2 1 9 层煤围岩力学性质测定结果 项且 粉砂岩直接顶 中砂岩老顶 粉砂岩顶板 四灰顶板 粘土岩底板 l 7 ． 2 l 9 ． 8 ． 1 9 ． 3 1 ． 4 单轴 2 4 ．4 1 l 2 ． 7 6 3 ． 1 7 5 ． 2 6 6 ． 1 l 抗拉 3 4 ． 7 8 l 0 ． 7 l 5 ． 0 2 8 ． 9 7 8 ． 鼹 强度 4 ， ， ， ， 8 ． 5 l ， h 田 P 且 平均值 5 ． 4 7 l 0 ． 9 2 5 ． 7 6 7 ． 8 4 6 ． 2 3 l 5 8 ． 2 5 8 4 ． 7 8 5 ． 7 3 1 4 4 ． 7 6 ． 9 4 单轴 抗压 2 4 7 ． 4 2 1 8 3 ． 2 7 8 4 ． 7 9 2 ． 4 6 8 ． 3 2 强度 3 8 9 ． 6 9 1 4 7 ． 8 4 l 0 6 ．7 8 8 2． 1 4 4 4 ， M P h 平均值 6 5 ．1 2 l 3 8 ． 6 9 2． 4 l 0 6 ． 4 3 5 6 ． 4 2 l l 8 ． 2 7 3 1 ． 1 8 1 9 ． 9 4 3 4． 7 3 4 6． 1 弹性 2 l 6 ． 3 9 ． 6 l 8 ． ∞ 4 6 ． 5 3 4 8 ． 7 9 模量 3 l 9 ． 2 8 4 2 ． 6 1 2 7 ． 7 l 5 7． 9 2 ／ 1 0 3 平均值 l 7 ． 9 5 3 7 ． 8 1 9 3 6 ． 3 2 5 0 ． 9 4 1 ． 2 开采技术因素 1 采煤方法。推进速度过快， 会造成采空区上覆岩层 的悬空面积增大， 上覆岩层断裂使巷道和工作面煤体的压力 急剧增加， 容易发生冲击地压， 工作面开采应实行直线形开 采 ， 曲线和不规则的开采方法容易使局部产生应力集中。 2 煤柱。煤柱是发生应力集中的地点， 孤岛形、 半 岛形 煤柱、 工作面之间留设不规则煤柱、 区段煤柱留设过大 ， 可能 受几个方面集中应力的叠加作用形成很大的应力集中。 3 采掘顺序。巷道和回采工作面相向推进以及在回采 工作面或煤柱中的支撑压力带内掘进巷道 ， 都会使集中应力 叠加 。 而导致冲击地压的发生。 4 放炮、 打钻及其它采掘活动。在进行放炮、 打钻或采 掘工作时能局部改变煤体的应力状态 ①使煤层中应力迅速 重新分布而增加煤体应力； ②能迅速解除煤层边缘侧向约束 阻力， 改变煤体的应力状态， 变三向压缩为二向压缩， 使其抗 压强度下降。 2 潘西煤矿可能发生冲击地压的范围 经过对全矿采掘安排作业计划和本矿地质实际情况， 划 分了可能发生冲击地压的范围 1 采空区周 围； 2 采掘工 作面通过上层或上部遗留煤柱及其他应力集中区； 3 石门 揭露冲击地压煤层； 4 采煤工作面超前压力影响区； 5 断 维普资讯 毒 拭晨 斜枝 2 O O 6 年 第2 期 层或大型地质构造附近； 6 同时开采的 2个 以上的采煤工 作面应力叠加区； 7 邻近煤层或本煤层中开采边界和残留 煤柱的影响区； 8 孤岛采煤。 3 冲击地压预测技术 3 ． 1 钻销法的应用 经过实测 ， 一7 40m水平 l 9 层煤标准煤粉量 3 ． 3 5 k g ／ m， 危 险煤粉量 8 ． 0 4 k g ／ m， 当煤粉量超过危险煤粉量时， 应进行卸 压爆破。在深部开采条件下 ， 受地质条件和开采技术的影 响， 不同区域、 不同深度的煤粉量是不同的。应根据实际情 况及时调整标准煤粉量和危险煤粉量。 3 ． 2 电磁辐射仪应用 经过一个月的时间， 对正常坡段和非正常坡段进行连续 观测， 找出辐射强度临界值 ， 当电磁辐射强度超过 2 0 0 r a V和 脉冲数超过 1 0 0 0 0时进行卸压爆破。 4 冲击地压综合防治 1 改变煤岩层的物理力学性能， 以减弱积聚弹性能的 能力和释放速度； 2 降低应力的集中程度。 4 ． 1 降低应力集中 1 合理安排开采顺序， 避免形成应力集 中。实行背离 高应力区推采， 减少冲击危险。在邻近煤层开采中， 采用协 调开采的方式 ， 防止应力叠加。 2 无煤柱开采 ， 在采区内不留煤柱和煤体突出部分。 3 超前开采保护层。 4 ． 2 改变煤岩层的物理力学性能 1 爆破卸压。根据 电磁辐射仪和钻屑法监测的结果， 划定危险区域后， 进行爆破卸压， 卸压孔一般 7 m ， 迎头布置 3 个孔， 孔距为 l m， 两帮孔距为 1 0 m。 2 高压注水。煤层注水能全面降低煤体应力集中程 度， 改善煤体应力分布状态。通过对工作面实行高压注水， 煤体含水率由3 ． 5 ％提高到 7 ％左右， 冲击倾向性明显降低。 5 结论 通过分析研究， 摸清冲击地压发生的机理和规律 ， 以及 在潘西矿可能发生的条件和范围， 采用多种方法进行综合预 测与防治， 形成了一套冲击地压治理办法和体系， 通过有针 对性的措施 ， 最大限度地防止了破坏性冲击地压的发生， 确 保了安全生产， 取得了良好的经济和社会效益。 作者简介 苗广东， 1 9 7 0年9月出生 ， 山东科技大学， 新矿 集团潘西煤矿矿压科副科长， 助理工程师。 上接第4 2 页 O ． 6 5 m 。螺旋钻采煤机向上帮钻采 5 0 m后再 掉转方向向下帮钻采 4 5 m。隔三孔留一 1 ． 0 m的煤柱 ， 孔 口 设三根直径2 0 o 姗 的木点柱， 每隔三孔有一孔用旧枕木做 “ 井” 字型木垛， 加强钻采采空区的围岩支护。用前方掘进工 作面的采出矸石， 采用手工拣矸充填钻采工作面， 最后用矸 石垒墙封 口。 4． 2 螺旋钻采煤机工作面生产能力 前方掘进工作面循环进尺 0 ． 8 m， 月进6 7 ． 2 m， 钻采工作 面每班钻进 3 0 m， 月进 2 7 0 0 m， 钻孔的采宽 1 ． 9 0 5 m， 钻孔高度 0 ． 6 5 m， 钻采工作面的回采率 9 5 ％， 月产量达 4 1 6 0 ． 7 t 。 5 效益对 比 1 设备租赁费 螺旋钻采煤每月租赁费 5 ． 3万元； 炮采 法采煤每月租赁费 1 ． 4 7 万元。 2 材料消耗 螺旋钻采煤每月材料消耗 1 ． 5 1万元； 炮 采法采煤每月材料消耗 I ． 4 7 万元。 3 电力消耗 螺旋钻采煤每月 1 ． 2 7万元 ； 炮采法采煤 每月 1 ． 2 万元 。 4 工资 螺旋钻采煤每班 7人， 炮采法采煤每班 3 o人， 按人均工资 2 O O 0元， 月， 每月可节约 4 ． 6 万元。 5 掘进巷道费用按形成一工作面计算 螺旋钻采煤巷 道成本2 2 2 7 元， m， 掘进费用 1 7 8 万元； 炮采法采煤巷道成本 1 8 2 7 元／ m； 采用双巷布置 ， 掘进费用 2 9 2万元。 综合费用， 采用螺旋钻采煤吨煤成本为 5 5 ． 2 Ni t ， 炮采 法采煤吨煤成本为 1 4 0 ． 9 4 Ni t ， 按年产量 4万 t 计算， 每年可 节省费用 3 2 5 ． 7 万元。 6 结论 1 实现了薄煤层单巷前进式开采， 降低巷道掘进率 ， 有 利于采掘接续。 2 实现了煤层洁净开采。在开采遇地质构造或煤层变 薄时， 能及时调整开采方法 ， 提高煤质。 3 实现回采工艺的单一化。将传统的破、 装、 运、 工序 合并， 直接由螺旋钻机钻采完成。 4 提高了生产效率和经济效益。螺旋钻机无人工作面 开采 ， 用人少， 占用设备少， 改善了工作环境， 降低了劳动强 度， 提高了工作效率。 5 提高了矿井的安全生产程度。由于采用螺旋钻机采 煤， 工作人员不需进入采煤工作面， 实现了无人工作面独头 采煤， 杜绝了工作面的顶板事故； 螺旋钻机采用局部通风直 供迎头， 钻头设内外喷雾， 并安设瓦斯断电传感器等安全措 施， 杜绝了瓦斯、 煤尘事故发生。 作者简介黄宪峰男 ， 1 9 6 6年出生 ， t l a , 科技大学在读研 究生， 工程师。 维普资讯