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1、煤层深部开采冲击地压危害防治煤层深部开采冲击地压危害防治刘健刘健 刘魁刘魁摘要：从冲击地压发生的机理，分析冲击地压的防治措施及采掘过程中的应对方案，利用钻探卸压和微地震监测等多种方法综合治理，有效的减少了冲击地压的危害。关键词：冲击地压防治、揭煤措施、微震观测及电磁辐射仪、钻孔卸压、断底及断顶、煤层注水等。前言：冲击矿压是矿山开采中发生的煤岩动力现象之一。这种动力灾害通常是在岩体力学系统达到极限强度时，聚积在岩体中的弹性能量以突然、急剧、猛烈的形式释放，在井巷发生爆炸性事故，造成岩体振动和破坏，动力将岩体抛向井巷，同时发出强烈声响，造成支架与设备、井巷的破坏，人员的伤亡等。冲击矿压还可能引发其
2、它矿井灾害，尤其是火灾、水灾和干扰通风系统等，强烈的冲击矿压还会造成地面建筑物的破坏和倒塌等。随着矿井开采深度的增加，冲击矿压动力灾害的危险也在逐步增加，冲击矿压问题也将越来严重。一、冲击地压现象、发生条件和机理：冲击地压是采场周围煤岩体，在其力学平衡状态破坏时，由于弹性变形能的瞬间释放而产生一种以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象。冲击地压发生的过程是煤岩的流变到突变的过程，产生的脆性破坏是载荷发生跳跃、应力总和超过极限，发生立即破坏（突变) 。 冲击地压发生主要取决于：煤岩体的冲击倾向性、开采区的应力水平和关键岩层的运动以及构造活化等因素的综合作。冲击地压发生的机理：（1）冲击应力场机理
3、：应力是否达到能够发生冲击地压的应力水平、高应力差水平以及分布规律。（2）关键岩层运动机理：关键岩层是指运动可能引发冲击地压的岩层或岩层组，也可称为冲击性岩层；（3）冲击性构造活化应力场机理：构造活化是诱发冲击地压的重要因素。二、冲击地压的防治措施及管理：1、冲击地压的预测和检测冲击地压的预测方法，大致可以分为两类：一类是区域预测方法，包括经验类比法；第二类是局部检测法，主要包括钻屑法，电磁辐射检测法，还有煤岩体变形观测法（顶板动态、围岩变形） 、煤岩体应力测量法（相对应力测量，绝对应力测量） 、流动地音检测法、岩饼法等；此外还有地音系统监测法和微震系统监测法，以及其它地球物理方法（地温、地磁
4、等） 。 采掘工作面根据地质构造、物探资料和采掘过程中发现有异常、检测超标和数据异常的地区应进行超前预报和超期探测，并制定出有效的治理方案和措施。2、冲击地压煤层揭露煤层措施根据冲击地压煤层安全开采暂行规定，“当巷道接近有冲击危险性煤层或应力集中区时，必须制定防冲措施，进行卸压处理“之规定，当巷道即将揭露具有冲击危险性的煤层时，必须严格按以下措施执行：、巷道即将揭露煤层时（分从上部、下部、正面三种情况） ，必须根据施工现场地质资料，在距离煤层垂直距离约 5m 时，进行超前探测，查清距离煤层的准确距离。、当岩柱厚度为 3m 时，首先打检测孔，如果煤粉不超标，可以正常揭煤。、如果煤粉超标，必须进行
5、卸压。卸压孔采用孔径不小于75mm 钻头进行卸压，扇形布置 3 个孔，孔进入煤体深度不能少于10m。卸压后，煤粉检测不超标，方可正常掘进。3、掘进工作面的一般卸压措施掘进工作面在掘进前必须进行卸压，卸压分为工作面和两帮正常卸压、掘进工作面防冲措施在掘进工作面打卸压钻孔，每次施工三个孔，断面中心距巷道底板不小于 1m 的位置，孔距 1.0m。工作面卸压钻孔必须保证超前卸压深度不小于 10m（根据煤层的采深，冲击倾向不同，超前卸压的深度进行调整），钻孔直径不小于 75mm。卸压钻孔的方向要平行于层面，垂直于煤壁（特殊构造地段平行于煤层倾斜方向） 。、巷道两帮防冲措施巷道两帮每隔 5m 各打一个直径
6、不小于 75mm 卸压钻孔，孔深不小于 12m，布置在距巷道底板不小于 0.5m 的位置，两帮卸压孔距迎头最大距离不得超过 7m。巷道两帮所有卸压钻孔的方向都要平行于层面，垂直于煤壁（特殊构造地段平行于煤层倾向） 。、卸压效果检测采用煤粉检测法检验卸压效果，根据打钻过程中的压力显现程度和煤粉量是否超过临界值决定是否采用二次或多次卸压，具体的方法如下：工作面每掘进 1520m（即上次检测孔距迎头距离达到3040m）或距上次施工的检测孔时间达到一周必须在巷帮距工作面 1520m 施工一对检测孔，距工作面 50m 施工一对检测孔，检测孔位于为两卸压钻孔中间。如果煤粉量超标必须在检测孔附近打大直径钻孔
7、进行二次卸压。工作面和两帮卸压后，在工作面前方和巷帮两侧形成保护带，在掘进过程中减少了冲击地压发生的危害。4、掘进工作面的压力集中区域的卸压和压力释放措施对于高应力区，一般采取的方法是大直径深部卸压和深孔爆破两种措施。大直径钻孔孔径不低于 110mm，孔深不低于 20m（可依据煤层的冲击倾向性鉴定和煤层埋深、顶底板特性等多种因素，酌情调整） 。在这里特别强调一下，大直径深孔卸压不能缓解冲击压力时，方可进行深孔爆破，深孔爆破一定要制定专门的措施和具体的规定。5、掘进工作面留底煤或在煤层顶板掘进岩柱厚度不超过 3 米时的断底措施掘进工作面在掘进过程中留有底煤时（一般以厚度超过 1 米为原则） ，或
8、底板岩柱为 3 米时，为了防止发生冲击地压事故，发生底板鼓起和弹射等事故，必须进行断底。断底的通常采用放断底炮，具体方法如下：、爆破断底前，首先加强顶板和帮部支护，锚杆、锚索支护到位。、打眼要求：在底板与帮部底角交界处，向下打 45钻孔，直径不小于 40mm，间距一般 3m，深度达到底板岩石。、放断底炮安全技术措施：a、工作面留底煤断底爆破钻孔实行正反向并联联合装药方式，至少使用两个同段毫秒电雷管，分别装在炸药两端，每次起爆一个炮眼。b、根据钻孔深度来决定装药量，原则上装药量一般取钻孔深度的一半（以爆破后底煤不爆出为准） ，封泥要用与钻孔直径相适应的二寸管子封实。 c、当巷道底板至煤层顶板岩柱
9、厚度达到 3m 时，方可停止断底。6、煤层注水：利用煤层注水增加煤层含水率，增加其可塑性，降低煤层强度，可消除或减弱冲击。利用井上静压水池进行注水，煤层注水孔可与卸压钻孔并用，注水压力一般为 6-12Mpa，注水时间 20 天以上，超前注水距离为 80 米以外，注水量按照煤层预注水试行技术规范要求（按照单向注水量计算）：每组孔注水量为：Q=LSMYWR（吨）L待注水煤体沿钻孔轴向方向的尺寸 ；S注水孔间距 ；M待注水煤体厚度；Y煤的容重， ；W含水率增值 ；R富余系数。利用专用封孔器按照现场条件进行封孔，杜绝漏水现象发生，注水孔挂牌管理，并建立注水台帐，注水后在回采过程中利用钻屑法检测并取样测
10、定含水率。7、回采工作面初采前的老顶初次来压前的断顶措施根据坚硬顶板的分布情况和断裂步距的预计，在工作面开采之前进行深孔爆破。爆破的位置一般在老顶初次来压附近。钻孔向开切眼方向倾斜，角度尽可能垂直岩层面。终孔深度根据揭露底老顶的深度而定。要求进入老顶的深度不少于 5m。布置方式见下图（以断裂步距 60 米为例）：断顶卸压区 钻孔 60m 8、冲击地压防治管理冲击地压煤层防治的管理流程一般先进行危险区域划分及评价，对煤层及顶底板进行冲击倾向性鉴定，被认定是冲击地压矿井的，必须成立专门的防冲机构，建立冲击地压制度、岗位责任制、制定解危措施和研究方案，对冲击地压煤层进行专项治理。9、深部煤层开采冲击
11、地压综合防治措施、冲击地压煤层的开拓和开采方法的选择首要考虑的是能够整齐、干净地进行回采，不留或少留煤柱，尽可能保证工作面成直线，不使煤层有向采空区突出的地段，在煤层中掘巷量最少，限制采场和巷道附近的应力集中。、采区（工作面）设计必须遵循以下原则：a、同一采区内的工作面应按顺序进行开采，尽量避免形成孤岛工作面。如果由于村庄搬迁影响形成孤岛工作面，最多只能形成顺槽 30 米米一个。b、回采工作面之间的隔离煤柱不应超过 3.5m。采区隔离煤柱留设应结合考虑煤层赋存条件等因素，应尽量避开应力高峰区，但不得小于 50m。c、合理确定工作面切眼和停采线位置。相邻工作面切眼、停采线位置尽可能对齐，避免出现
12、梯形、三角形或锯齿形等不规则煤柱。多煤层开采时，下层工作面不应越过上层工作面的切眼或停采线，上层煤开采不应留下给下层煤开采带来困难的煤柱区。d、为避开断层而在采空区侧留下煤柱的工作面开采时，必须编制防治冲击地压的专门措施。、避免同一条顺槽相向同时掘进，如确因接续紧张需相向同时掘进时，两掘进迎头相距 50 米时必须停止其中一个迎头的掘进。停掘的迎头要加固，继续掘进的迎头除加强支护外，冲击危险严重时，还必须采取解危措施。、 回采工作面应背向采空区及煤柱区开采，避免面向采空区或煤柱区开采而产生应力集中。断层附近的回采工作面应背向断层方向推进或面向断层的斜交方向推进。、工作面向采空区、断层带、向斜轴、
13、应力集中区回采时，应先进行冲击危险性监测，有冲击危险必须先采取卸压措施，解危后方准回采。、冲击地压危险区内掘进和回采时，必须在保护带内进行，保护带宽度不小于 3.5 倍的采高或巷道高度。、采煤工作面必须加强端头支护和超前支护，提高上下端头和切顶线的支护强度，加大两巷超前支护范围。沿空顺槽的超前支护长度不小于 60m，非沿空顺槽超前支护长度一般不小于 40m, 遇断层、向背斜轴等构造时应加大超前支护长度。两顺槽断面不低于设计断面的 70。、有冲击危险的采煤工作面移动变电站布置在沿空顺槽时，应加大移动变电站距工作面煤壁的距离，不得小于 100m 。、有冲击危险的采煤工作面沿空顺槽煤壁向外 60m
14、范围内，禁止存放钢性材料和设备，正在使用的设备要生根联牢，支柱要与顶网连接或连为一体防倒。 在冲击地压特别危险区段进行爆破作业时，必须保证躲炮距离和躲炮时间，躲炮半径不小于 150m，躲炮时间不小于 30 分钟。四、冲击地压防治及管理存在的问题1.钻屑法只能进行局部性监测，监测范围小，有效期短，虽然准确性高，但劳动强度高、施工速度慢，监测范围小。2.在应力集中程度非常高时，采用钻孔卸压和小直径钻孔爆破卸压不能完全释放应力或改变煤、岩体物理力学性质，需要进行反复处理才能缓解应力集中，需要研究新的更为可靠的解危方法。3.在高应力集中区进行解危作业时，钻孔施工难度大，卡钻、吸钻频繁，钻进非常困难、施
15、工速度慢，并危及作业人员安全，现有施工机具难以满足施工的需要。4.由于井田内断层多、构造复杂，为避开断层影响，在工作面内留设了许多不规则煤柱，回收煤柱时将给冲击地压防治带来很大困难，而且也为临近煤层的开采留下了很大的隐患。5.对重力型或顶板型大范围冲击地压防治任务较重的矿井，因大量的防治冲击地压工作要随时随地的施工，对生产影响较大，生产和防冲治理时常相互干扰，防冲治理时间有时难以保证。五、小结深部开采是今后煤矿开采的趋势和研究的重点，深部开采存在着防灭火、防治冲击地压和支护难等各方面的难题，冲击地压的防治更是今后矿压研究的重点，从理论到现场，这方面的技术都一直根据不同矿井煤层的开采方式、地质条件、煤层特征及多种综合因素耦合在一块，有诸多问题亟待解决。解决冲击地压问题，需要立足现场，分析其成因和危害区域划分，利用在线预警、微地震、电磁辐射仪等多种监测仪器和手段，逐步掌握其变化规律和防治方案，以压力释放和转移为目的，最终实现“有震无灾” ，安全生产。
