談礦井沖擊地壓及防治

王忠成/方正縣煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局

談礦井沖擊地壓及防治

王忠成/方正縣煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局

根據(jù)原巖（煤）體應(yīng)力狀態(tài)不同，沖擊地壓可分為重力型，構(gòu)造型和重力、構(gòu)造應(yīng)力并有的中間型。重力型沖擊地壓主要是受重力作用，沒(méi)有或構(gòu)造應(yīng)力影響極小，在一定的頂、底板和開(kāi)采深度條件下，由采掘影響引起的沖擊地壓。

按沖擊地壓發(fā)生地點(diǎn)的不同，沖擊地壓可分為煤體沖擊和圍巖沖擊。煤體沖擊發(fā)生在煤體內(nèi)，根據(jù)沖擊深度和強(qiáng)度的不同又分為表面、淺部和深部沖擊三種類(lèi)型。圍巖沖擊發(fā)生在頂、底板巖層中，根據(jù)位置不同又分為頂板沖擊和底板沖擊。還可分為巷道沖擊地壓和工作面沖擊地壓

根據(jù)沖擊的顯現(xiàn)強(qiáng)度，可分為彈射、礦震、弱沖擊和強(qiáng)沖擊。

根據(jù)震級(jí)強(qiáng)度和拋出的煤量，又可將沖擊地壓分為三級(jí)：輕微沖擊（Ⅰ級(jí)），即拋出煤量在10t以下，震級(jí)在里氏1級(jí)以下的沖擊地壓；中等沖擊（Ⅱ級(jí)），即拋出煤量在10-15t、震級(jí)在里氏1-2級(jí)的沖擊地壓；強(qiáng)烈沖擊（Ⅲ級(jí)），即拋出煤量在50t以上、震級(jí)在里氏2級(jí)以上的沖擊地壓。

一、沖擊地壓的特殊

1.突然爆發(fā)。沖擊地壓發(fā)生前，預(yù)兆不明顯。

2.巨大聲響。沖擊地壓爆發(fā)的瞬間，伴有雷鳴般的響聲。

3.沖擊波強(qiáng)；煤體內(nèi)積聚的彈性能突然釋放，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波。它能沖掉工人頭上的礦帽，以及沖倒幾十米至幾百米內(nèi)的風(fēng)門(mén)、風(fēng)墻等設(shè)施。

4.彈性振動(dòng)。沖擊地壓發(fā)生時(shí)在圍巖內(nèi)引起彈性振動(dòng)，工作人員被彈起摔倒，甚至輸送機(jī)、軌道等得型設(shè)備都可能被振動(dòng)和推移，連地面人員有時(shí)都能感到這種振動(dòng)。該振動(dòng)所產(chǎn)生的彈性波可以被幾百千米外的地震儀檢測(cè)到，并留有清晰的震相記錄。

5.煤體移動(dòng)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可知，淺部沖擊時(shí)，煤體發(fā)生移動(dòng)，煤體移動(dòng)時(shí)在頂板接觸面上有留有明顯的棕褐色擦痕，擦痕的方向即為煤體移動(dòng)的方向。

6.頂板下沉或底鼓。沖擊地壓發(fā)生時(shí)，常導(dǎo)致頂板下沉或底鼓。

7.煤幫拋射性塌落。沖擊地壓造成煤幫拋射性塌落，多發(fā)生在煤幫上部到頂板的一段，越靠近頂板塌落越深，強(qiáng)烈沖擊時(shí)，塌落深度可達(dá)1.5m-2m。

二、防治沖擊地壓的相關(guān)規(guī)定

隨著開(kāi)采深度的增中，巷道斷面加大、礦壓顯現(xiàn)加劇，沖擊地壓事故也呈上升趨勢(shì)，因此，煤礦開(kāi)采須遵守下列規(guī)定：

1.開(kāi)采沖擊地壓煤層的煤礦應(yīng)有專(zhuān)人負(fù)責(zé)沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和防治工作。

（1）開(kāi)采沖擊地壓煤層的煤礦應(yīng)有專(zhuān)人負(fù)責(zé)沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和防治工作。

（2）沖擊地壓煤層掘進(jìn)工作面臨近大型地質(zhì)構(gòu)造、采空區(qū)，通過(guò)其他集中應(yīng)力區(qū)以及回收煤柱時(shí)，必須制定措施。

（3）防治沖擊地壓的措施中，必須規(guī)定發(fā)生沖擊地壓時(shí)的撤人路線(xiàn)。

（4）每次發(fā)生沖擊地壓后，必須組織人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，記錄發(fā)生前的征兆、發(fā)生經(jīng)過(guò)、有關(guān)數(shù)據(jù)及破壞情況，制定恢復(fù)工作的措施。

2.開(kāi)采嚴(yán)重沖擊地壓煤層時(shí)，在采空區(qū)不得留有煤柱。如果在采空區(qū)留有煤柱，必須將煤柱的位置、尺寸以及影響范圍標(biāo)在采掘工程圖上。開(kāi)拓巷道不得布置在嚴(yán)重沖擊地壓煤層中；永久硐室不得布置在沖擊地壓煤層中。

3、開(kāi)采煤層群時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇無(wú)沖擊地壓或弱沖擊地壓煤層作為保護(hù)層開(kāi)采。

（1）保護(hù)層有效范圍的劃定方法和保護(hù)層回采的超前距離，應(yīng)根據(jù)對(duì)礦井實(shí)際考察的結(jié)果確定。

（2）開(kāi)采保護(hù)層后，在被保護(hù)層中確實(shí)受到保護(hù)的地區(qū)，可按無(wú)沖擊地壓煤層進(jìn)行采掘。在未受保護(hù)的地區(qū)，必須采取放頂卸壓、煤層注水、打卸壓鉆孔、超前爆破松動(dòng)煤體或其他防治措施。

（4）開(kāi)采沖擊地壓煤層時(shí)，沖擊危險(xiǎn)程度和采取措放了后實(shí)際效果，可用采鉆粉率指標(biāo)法、地音法、微震法等方法確定。對(duì)有沖擊地壓危險(xiǎn)的煤層，應(yīng)根據(jù)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等實(shí)際考察資料積累的數(shù)據(jù)劃分沖擊地壓危險(xiǎn)程度等級(jí)并制定相應(yīng)的綜合防治措施。

（5）對(duì)沖擊地壓煤層，應(yīng)根據(jù)頂板巖性掘進(jìn)寬巷或沿采空區(qū)邊緣掘進(jìn)巷道。巷道支護(hù)嚴(yán)禁采用混凝土、金屬等剛性支架。

（6）嚴(yán)重沖擊地壓厚煤層口的所有巷道應(yīng)布置在應(yīng)力集中圈外；雙巷掘進(jìn)時(shí)，2條平行巷道之間的煤柱不得小于8m，聯(lián)絡(luò)巷道應(yīng)與2條平行巷道垂直。

（7）開(kāi)采沖擊地壓煤層時(shí)應(yīng)采用垮落法控制頂板，切頂支架應(yīng)有足夠的工作阻力，采空區(qū)中所有支柱必須回凈。

（8）開(kāi)采沖擊地壓煤層時(shí)，在同一煤層的同一區(qū)段集中應(yīng)力影響范圍內(nèi)，不得布置2個(gè)工作面同時(shí)回采。2個(gè)工作面相向掘進(jìn)，在相距30m（綜合機(jī)械化掘進(jìn)50m）時(shí)，必須停止其中一個(gè)掘進(jìn)工作面，以免引起嚴(yán)重沖擊危險(xiǎn)。

停產(chǎn)3天以上的采煤工作面，恢復(fù)生產(chǎn)的前班內(nèi)，應(yīng)鑒定沖擊地壓危險(xiǎn)程度，并采取相應(yīng)的安全措施。

（9）有嚴(yán)重沖擊地壓的煤層中，采掘工作面的爆破撤人距離和爆破后進(jìn)入工作面的時(shí)間，必須在作業(yè)規(guī)程中明確規(guī)定。

（10）在無(wú)沖擊地壓煤層中的三面或四面被采空區(qū)所包圍的地區(qū)，構(gòu)造應(yīng)力區(qū)、集中應(yīng)力區(qū)開(kāi)采和回收煤柱時(shí)，必須制定防治沖擊地壓的安全措施。

三、沖擊地壓的防治根據(jù)發(fā)生沖擊地壓的成因和機(jī)理，沖擊地壓的防治措施主要應(yīng)避免產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)，對(duì)已產(chǎn)生的應(yīng)力集中區(qū)域或因地質(zhì)構(gòu)造等因素存在的高應(yīng)力區(qū)，采取改變煤巖體物理力學(xué)性能的措施，降低或釋放巖體積聚的彈性潛能。

1.采用正確的開(kāi)采方法。

（1）開(kāi)采保護(hù)層。開(kāi)采煤層時(shí)，為了降低潛在危險(xiǎn)層的應(yīng)力，首先應(yīng)當(dāng)開(kāi)采保護(hù)層。當(dāng)所有煤層有沖擊地壓危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)開(kāi)采沖擊地壓危險(xiǎn)性最小的煤層。當(dāng)有沖擊地壓危險(xiǎn)的煤層的頂、底板都賦存保護(hù)層時(shí)，建議先開(kāi)采頂板保護(hù)層。

（2）避免形成孤立煤柱。劃分井田和采區(qū)時(shí)，應(yīng)保證有計(jì)劃的合理開(kāi)采，避免形成應(yīng)力集中的孤立煤柱，不允許在采空區(qū)內(nèi)留煤柱，巷道上方不留煤柱，有條件的采區(qū)上山、采區(qū)邊界及區(qū)段巷道采無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)，避免應(yīng)力集中。

（3）選擇合理的開(kāi)采方法。開(kāi)采有沖擊地壓危險(xiǎn)的煤層時(shí)，應(yīng)盡量采用長(zhǎng)壁采煤法，采用全部垮落法管理頂板。煤柱支撐法、房柱式及其他留煤柱的開(kāi)采方法，沖擊地壓發(fā)生頻繁。

（4）選擇合理的巷道布置方式。開(kāi)采有沖擊危險(xiǎn)的煤層時(shí)，應(yīng)盡量將主要巷道和硐室布置在底板巖石中。

（5）合理安排開(kāi)采程序。要合理安排開(kāi)采程序，防止采煤工作面三面被采空區(qū)包圍，形成“半島”。采煤工作面應(yīng)采用后退式開(kāi)采，避免相向采煤。

2.局部卸壓措施。

（1）煤層預(yù)注水。煤層預(yù)注水的目的主要是降低煤體的彈性和強(qiáng)度，采用向煤層注水的方法，使相鄰巷道、采煤工作面的煤巖層邊緣區(qū)減少內(nèi)部粘結(jié)力，降低其彈性，減少其潛能。注水可降低煤巖層硬度，使煤巖松軟濕潤(rùn)，減少?gòu)椥浴?/p>

（2）鉆孔卸壓法。鉆孔卸壓法是利用鉆孔降低積聚在煤層中的彈性能，是釋放彈性能的一種方法。一般采用直徑大約100mm的鉆孔，現(xiàn)已有直徑為300mm的鉆孔。由于鉆孔后，鉆孔周?chē)拿后w采力狀態(tài)發(fā)生了變化，約束條件減弱，使煤體卸載，支承壓力的分布發(fā)生了變化，峰值向煤體深部轉(zhuǎn)移。當(dāng)支承壓力不超過(guò)煤層孔壁穩(wěn)定范圍時(shí)，孔壁不破壞，鉆孔不變形，排出煤粉量為正常值，煤層沒(méi)有卸壓。當(dāng)支承壓力超過(guò)煤層孔壁穩(wěn)定范圍時(shí)，鉆孔被破壞，支承壓力愈高，鉆孔破壞范圍愈大。因此，煤層積聚的應(yīng)力愈高，利用直徑鉆孔卸壓愈有效。

（3）震動(dòng)爆破法。震動(dòng)爆破法是在安全條件下，用爆破方法釋放煤層積聚的能量，使煤層裂隙松動(dòng)，是預(yù)防沖擊地壓的一種方法。其主要目的是改變支承壓力帶的形狀和減少峰值，炮眼布置盡量接近于支承壓力帶峰值位置。

誘發(fā)爆破就是在具有沖擊地壓危險(xiǎn)的區(qū)域進(jìn)行大藥量的爆破，人為地在工作人員撤出后誘發(fā)沖擊地壓。

（4）強(qiáng)制放頂。強(qiáng)制放頂卸壓控制頂板對(duì)防治沖擊地壓的發(fā)生是有效的，進(jìn)行深孔爆破人工強(qiáng)制放頂，起到了減緩沖擊地壓的作用，經(jīng)實(shí)踐證明，收到了較好的效果。