浅谈深部开采冲击地压的预测与防治.pdf

2 0 0 6 年第2 期击 东 找 系 种 拔 4 3 浅谈深部开采冲击地压的预测与防治 新注矿业集团 会司 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 新汉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 0 一 3 2 0 0 ， 倾向N E , 自 浅人深倾角变大， 井田深部倾角一般为2 8 0 一 3 0 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。 表2 1 9 层煤围岩力学性质测定结果 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 A M P a ， 含水率0 . 9 9 ， 自 然吸水率 3 . 1 0 ， 弹性 模量3 . 7 7 x 1 0 - 3 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f 项目粉砂岩直接顶中砂岩老顶粉砂岩顶板四灰顶板， 土 岩 底 州 单轴 抗拉 强度 / MP a 17. 2 19. 2 98. 19. 31 . 4 24. 4 11 2. 7 63 . 1 75 . 2 66 . 1 1 34 . 7 81 0 . 7 15 . 0 28 . 9 78 . 路 4////8 . 5 1 平均值 5. 4 71 0. 9 25 . 7 67. 8 46. 2 3 单轴 15 8 . 258 4 . 78 5 . 7 31 4 4. 7 65 6. 9 4 抗压 强度 / MP A 24 7. 4 21 8 3 . 2 78 4 . 79 2 . 46 8 . 3 2 38 9. 6 91 4 . 8 41 0 6. 7 88 2. 1 44 4 平均值 6 5. 1 21 3 8. 69 2 . 41 0 6 . 4 35 6 . 4 2 弹性 模量 / x 1 0 3 11 8. 2 73 1 . 1 81 9. 9 43 4 . 7 34 6. 1 21 6. 2 93 9. 61 8. 0 54 6. 5 34 8 . 7 9 31 9. 2 84 2 . 6 1刀7 15 7. 9 2 平均值 1 7. 9 53 7. 81 93 6. 3 25 0. 9 4 项目 厚度 m 深度应力 k g f / m 2 弹性模量 1 护M P a 抗弯强度 M P a 弯曲能量 指数 日 粉砂岩直接顶 6 . 5 2 4 7 0 x 1 0 31 7. 9 51 2 . 7 8 5 . 5 3 中砂岩老顶 1 4. 5 2 5 0 3 x 1 0 33 7 . 83 1 . 的 1 1 9 . 8 3 粉砂岩顶板 42 4 8 9 x 1 仍1 91 3 . 0 72 . 0 8 四灰顶板5 2 4 8 5x1 仍3 6. 3 27 . 8 40. 4 8 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 4 4‘ 东 饮 系 钟 拔 2 0 0 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 4 0 m 水平1 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 O O m v和 脉冲数超过 1 0 0 0 时进行卸压爆破。 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l o m o 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 4 冲击地压综合防治 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。 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 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 0 . 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.5e- 2 0 0 m m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 作面的采出砰石， 采用手工拣研充填钻采工作面， 最后用歼 石垒墙封口。 4 . 2 螺旋钻采煤机工作面生产能力 有 猫 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 . 综合费 用， 采用螺旋钻采煤吨煤成本为5 5 . 2 元/ t ， 炮采 法采煤吨煤成本为1 4 0 . 9 4 元/ 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 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1 . 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 0 人， 按人均工资2 0 0 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。 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， 工作人员不需进人采煤工作面， 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， 山东科技大学在读研 究生， 工程师。