唐口煤业首个防冲体系的构建及预控

（山东能源淄矿集团唐口煤业，山东 济宁 272000）

唐口煤业首个防冲体系的构建及预控

吕宝峰

（山东能源淄矿集团唐口煤业，山东 济宁 272000）

冲击地压是矿山井巷或采场周围煤体与围岩由于释放变形能而产生的以突然、急剧而猛烈的破坏为特征的动力现象。构建责任、监测、卸压为一体的防冲体系，探索出矿井发生冲击地压一般规律，及时运用微震、电磁辐射等方法监测矿井冲击危险，采取煤层注水、卸压爆破、大直径钻孔卸压等方法进行卸压，释放能量，消除冲击危险，为矿井的安全生产提供了可靠保障。

冲击地压；构建体系；一般规律；可靠保障

引言

唐口煤业公司是淄矿集团济北矿区年生产能力最大的一对现代化矿井，年设计能力300万吨，核定生产能力500万吨，开采最深的工作面为-1300m。矿井不但具备水、火、瓦斯、煤尘、高地压五大自然灾害，同时经煤炭科学研究总院北京开采所做的冲击倾向性鉴定结果，该公司3上煤层为具有强冲击倾向性的煤层，3上煤层顶板、底板属于2类，为具有弱冲击倾向性的岩层，一但力源条件满足，并受扰动影响，便可能导致工作面发生冲击地压灾害。

一般情况下，矿井工作面煤层及顶底板、开采深度、断层、褶曲等地质构造、工作面顶底板条件稳定、煤层厚度及倾角变化、放炮等因素极易诱发冲击地压现象。当开采深度达到800m以上时，冲击危险性接近最大值。当工作面在断层、褶曲等构造附近回采作业时，构造应力释放并作用在煤体上，造成煤体应力集中，加之综采产生的扰动影响，易导致巷道围岩失稳。当坚硬顶底板破碎或滑移过程中突然释放大量弹性能，导致顶板发生冲击。当煤层厚度突然变薄或变厚处，煤层厚度变化越剧烈，应力集中的程度越高，冲击地压危险性越高。当放炮震动时，能使煤层中的应力迅速重新分布而增加局部煤体应力，进入极限平衡状态，同时，能迅速解除煤壁边缘侧向约束力，使受力状况发生改变，由三向受力向两向受力转化，使其抗压强度下降，导致迅速破坏。因此，建立完善合理的矿井防冲体系是矿井安全高效生产的基本保证。

1 矿井冲击地压防治体系构建的必要性

冲击地压是矿山井巷或采场周围煤体与围岩由于释放变形能而产生的以突然、急剧而猛烈的破坏为特征的动力现象。它往往造成惨重的人员伤亡和巨大的经济损失，是矿井安全生产的重大灾害之一。通过以往的矿井冲击地压事故看，特厚坚硬顶板条件下，地应力和采动应力影响增大、极易诱发冲击地压；生断层交汇点附近受地震影响，释放出大量能量也会引发冲击；坚硬的巨厚砂岩顶板受地震影响，在破断离层时释放出大量能量，也会引发矿震。其中最主要的原因都是因为冲击地压防治机构不健全，有的矿井没有采取任何的冲击地压防治措施造成的，冲击地压防治体系的构建是有效防止冲击地压发生的一个必要条件。

2 防冲体系的构建

2.1 责任体系构建

2.1.1 设立防冲机构。组建了防治冲击地压办公室，任命了负责防冲专业技术的专职防冲副总工程师，配置了专职工作人员，组建了105人专业防冲队伍。

2.1.2 健全防冲制度。根据《煤矿安全规程》有关冲击地压煤层开采规定，先后下发了《唐口煤业防治冲击地压管理规定（暂行）》、《唐口煤业公司冲击地压防治实施细则（暂行）》、《冲击地压防治综合管理制度》，进一步规范了矿井冲击地压的防治工作，做到了有章可循，为防冲击地压各项措施的落实，奠定了制度保障。

2.1.3 建立防冲安全生产责任制。健全完善了冲击地压防治责任体系，形成了公司、防冲办、防冲队“三级责任追究考核体系”，同时明确了防冲击地压体系内的22个岗位工种的防冲安全生产责任。

2.2 监测体系的构建

2.2.1 微震监测系统

唐口矿井巷道变形较为严重，压力显现较为强烈，具有潜在的冲击危险性，为监测矿井采掘过程中的煤岩体震动事件，消除或减弱冲击地压发生带来的危害。利用波兰ARAMISM/E微震监测系统进行冲击矿压灾害监测预报。

图1

图2

从冲击地压与岩体震动的关系来看，发生冲击地压的最低能量为1×103J，大部分是从1×105J开始的，在能量级别为1×106J时，发生的冲击地压最多。但并不是每一个能量级别在1×109J的震动都有冲击地压发生。

微震监测系统的主要功能是对全矿范围进行微震监测，是一种区域性监测方法。自动记录微震活动、实时进行震源定位和微震能量计算，为评价全矿范围内的冲击地压的危险性提供依据。其原理是：利用拾震仪站接收到的直接P波起始点的时间差，在特定条件下的波速场条件下进行二维或三维定位，以判断破坏点；同时利用震相持续时间计算所释放的能量和震级，并标入采掘工程图并速报显示给生产指挥系统，以便及时采取措施。

构建了四处ARP2000地面监测分站，形成井上下联合监测网络，有效提高监测精度，为冲击地压的防治提供有力的预测手段。

若微震监测系统监测到以下情况时，预测工作面具有冲击危险性，应采取相应卸压解危措施。

（1）工作面内2小时发生3次及以上能量大于1.0×104J的微震事件。

（2）工作面内1小时发生2次及以上能量大于1.0×105J的微震事件。

（3）工作面内发生1次能量大于1.0×106J的微震事件。

（4）经微震监测人员对一段时间内微震活动发生频度及发生趋势分析，预测作业地点可能发生冲击地压。

2.2.2 现场监测钻屑法

有冲击危险采掘工作面必须采用钻屑法现场监测，钻屑法采用小直径钻头（一般为42mm），钻孔深度不小于7m，间距为3～5m（重点区域需加密）。记录每米钻进时的煤粉量，接近或超过临界指标时，判定为有冲击危险；记录钻进时的动力效应，如声响、卡钻、吸钻、钻孔冲击等现象，作为鉴别冲击危险的参考指标。

钻屑法检测冲击危险的指标及判定方法：

（1）检测指标由煤粉量、深度和动力效应组成。煤粉量是每米钻孔长度所排出的煤粉的质量，单位为kg；深度是从煤壁至所测煤粉量位置的钻孔长度，可折算成钻孔地点实际采高的倍数，动力效应是钻孔产生的卡钻、孔内冲击、煤粉粒度变化等现象。

（2）用钻粉率指数方法判别工作地点冲击地压危险性的指标，可参照表1的规定，实际钻粉率达到相应的指标或出现钻杆卡死现象，可判定所测工作地点有冲击地压危险。

2.2.3 电磁辐射监测法

采用便携式电磁辐射仪对冲击危险进行监测时，每隔10m布置1个测点，每个测点监测时间为2分钟。记录煤（岩）破坏过程中电磁辐射强度的最大值及脉冲数，采用静态临界值及动态趋势法预测冲击危险，接近或超过临界指标时，判定为有冲击危险；若电磁辐射指标升高较快，或指标较高时突然下降，也判定为有冲击危险。

2.2.4 应力在线监测法

采煤工作面开采期间采用KJ550煤矿冲击地压应力在线监测系统进行冲击地压的临场预报。根据回采工作面的特点及构造特征，压力传感器安装在轨皮顺生产帮，自切眼前方40m开始，每25m一组，每组2个，埋设深度分别为10m、15m，每组两个测点间距1m。

表1 判别工作地点冲击地压危险性的钻粉率指数

表2 2310回采工作面初始预警值设置

回采工作面的初始预警值设置见表2。

2.2.5 矿压在线监测法

（1）综采工作面矿压监测法

①压力分机布置：综采工作面每隔8个支架布置一台压力分机。通过监测工作面内支架的工作阻力变化规律，为评价支架支所效果、支架对该类顶板的适应性以及顶板初次来压、周期来压等规律提供依据。

②顶板离层仪的布置：采煤工作面轨道顺槽每隔100m布置一台离层传感器。通过离层传感器监测顶板离层位置、离层速度变化，用于判断顶板破坏范围，对巷道稳定性进行判断，对巷道所处的安全等级进行评价。

（2）综掘工作面顶板离层观测法

顶板离层仪在全煤掘进巷道在顺槽中每隔50m布置一个测点，其深基点保证进入煤层顶板稳定岩层中，深度不低于6m，浅基点固定在巷道顶板以上2.4m的岩层中。自安设之日起，15日内每天观测一次，以后每两天观测一次，一个月后每3天观测一次，每个测点观测日期为2个月，顶板离层大于45mm的测点必须进行分析研究顶板变化情况。

2.3 卸压体系的构建

2.3.1 煤层注水法

通过煤层注水，煤的结构发生改变、强度下降、变形特性明显“塑化”，煤体中积聚弹性能的能力下降，以塑性变形方式消耗弹性能的能力增加，煤的冲击倾向性大为减弱，甚至完全失去冲击能力。

2.3.2 卸压爆破法

通过对煤体实施钻孔爆破，使钻孔周围一定区域的煤岩体产生裂隙，其结构发生破坏，承载能力下降，在一定的范围内形成卸载带，便于应力和能量的释放，消除发生冲击地压的应力条件，避免冲击地压的发生。

2.3.3 大直径钻孔卸压法

利用钻孔方法消除或减缓冲击地压危险的解危措施。钻孔卸压的实质是利用高应力条件下，煤层中积聚的弹性能来破坏钻孔周围的煤体，使煤层卸压、释放能量，消除冲击危险。

矿井发生冲击地压一般规律

（1）多发生在二、三、四原煤层采煤和掘进工序中发生前，小冲击次数和能量迅速增加，一般持续2-3天后会出现大冲击之后，次数和能量明显降低。

（2）多发生在采深600-800m以下。

（3）多发生在采掘接近采空区、煤柱、停采线、老巷、煤层分叉、倾角变化等50m左右。

（4）多发生在采掘接近距断层及向、背斜轴部30-60m区域。

（5）多发生采煤面上下端头30m，上下平巷150m区域。

（6）多发生巷道掘进距迎头10-50m区域。

（7）多发生巷道三岔点、四岔点区域。

（8）多发生顶板来压时，顶板动静载荷叠加诱发冲击波。

结语

近三年来，通过防冲体系的不断健全和完善，有效的防止了采掘工作面冲击地压事故的发生，为矿井的安全生产提供了可靠保障。

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[3]窦林名，陆菜平，牟宗龙，秦玉红，姚精明.冲击矿压的强度弱化减冲理论及其应用[J].煤炭学报，2005（06）.

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