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北京消防|沖擊礦壓防治技術(shù)研究|消防檢測(cè)|電氣檢測(cè)
發(fā)布日期：2019-02-05 04:15:43
0．前言
煤礦開(kāi)采過(guò)程中，在高應(yīng)力狀態(tài)下積聚有大量彈性能的煤或巖體，在一定的條件下突然發(fā)生破壞、冒落或拋出，使能量突然釋放，呈現(xiàn)聲響、震動(dòng)以及氣浪等明顯的動(dòng)力效應(yīng)。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為煤礦動(dòng)力災(zāi)害，是煤礦重大災(zāi)害之一。目前，我國(guó)的沖擊礦壓及礦震災(zāi)害十分嚴(yán)重，近年來(lái)，隨開(kāi)采深度增加，此類災(zāi)害有加重的趨勢(shì)。在高突礦井沖擊礦壓現(xiàn)象所引發(fā)的災(zāi)害后果更為嚴(yán)重，已成為制約煤礦安全生產(chǎn)新的災(zāi)害，是煤礦行業(yè)發(fā)展的重大障礙。雙煤集團(tuán)東榮二礦即是如此，在二水平17#煤層???面下料道進(jìn)行巷修時(shí)，發(fā)生多次沖擊礦壓現(xiàn)象。
1.東榮二礦沖擊礦壓事故調(diào)查分析
東榮二礦是始建于1995年，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.5Mt/a，2000年達(dá)產(chǎn)后又于2004年經(jīng)過(guò)擴(kuò)建生產(chǎn)能力提升至2.4Mt/a。隨著礦井向深部開(kāi)采，礦井接續(xù)緊張問(wèn)題的出現(xiàn)，造成回采巷道布置的不合理，從而使煤巖層應(yīng)力集中，礦山壓力現(xiàn)象顯現(xiàn)逐漸增大，并且出現(xiàn)了沖擊礦壓的動(dòng)力現(xiàn)象。
通過(guò)對(duì)近期發(fā)生的4次沖擊礦壓事故現(xiàn)象調(diào)查發(fā)現(xiàn)，4次事故發(fā)生時(shí)的特點(diǎn)如下且基本相同：
（1）事故發(fā)生前沒(méi)有明顯前兆，速度快；
（2）事故發(fā)生時(shí)伴有巨響，有氣浪；
（3）事故發(fā)生后有大量煤體拋出，嚴(yán)重堵塞巷道，破壞嚴(yán)重。
4次事故的發(fā)生地點(diǎn)如圖1所示，從圖中可以看出4次事故的發(fā)生地點(diǎn)均在16層的殘留煤柱附近。
東榮二礦是始建于1995年，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.5Mt/a，2000年達(dá)產(chǎn)后又于2004年經(jīng)過(guò)擴(kuò)建生產(chǎn)能力提升至2.4Mt/a。隨著礦井向深部開(kāi)采，礦井接續(xù)緊張問(wèn)題的出現(xiàn)，造成回采巷道布置的不合理，從而使煤巖層應(yīng)力集中，礦山壓力現(xiàn)象顯現(xiàn)逐漸增大，并且出現(xiàn)了沖擊礦壓的動(dòng)力現(xiàn)象。
通過(guò)對(duì)近期發(fā)生的4次沖擊礦壓事故現(xiàn)象調(diào)查發(fā)現(xiàn)，4次事故發(fā)生時(shí)的特點(diǎn)如下且基本相同：
（1）事故發(fā)生前沒(méi)有明顯前兆，速度快；
（2）事故發(fā)生時(shí)伴有巨響，有氣浪；
（3）事故發(fā)生后有大量煤體拋出，嚴(yán)重堵塞巷道，破壞嚴(yán)重。
4次事故的發(fā)生地點(diǎn)如圖1所示，從圖中可以看出4次事故的發(fā)生地點(diǎn)均在16層的殘留煤柱附近。
圖1?層七面下料道沖擊礦壓事故統(tǒng)計(jì)圖
2.東榮二礦沖擊礦壓事故原因分析
2.1形成原因
根據(jù)發(fā)生沖擊礦壓的地點(diǎn)所處位置初步分析，在南二下延采區(qū)17層七面下料道，上方為2005年末回采完畢的16層八面所遺留的煤柱，且屬于孤島煤柱，煤柱集中壓力大；該條巷道上幫又處在17層六面采空區(qū)保護(hù)煤柱內(nèi)，煤柱集中壓力也相當(dāng)大，該條巷道正處于此煤柱壓力增高區(qū)下。由于16層老頂均為砂巖，強(qiáng)度比較大，所以，老頂在16層八面的懸頂面積比較大，由16層八面遺留煤柱向17層六面采空區(qū)保護(hù)煤柱和17層七面下料道頂板傳遞壓力增大，且在17層六面采空區(qū)保護(hù)煤柱里造成應(yīng)力疊加，導(dǎo)致該煤柱所承受的壓力積聚增加，進(jìn)而在17層七面下料道上幫出現(xiàn)礦山壓力增大。又因?yàn)?6、17層之間的巖性均為砂巖，強(qiáng)度比較大，所以造成17層七面下料道上幫礦山壓力增大，上幫發(fā)生彈性變形。而東榮二礦在巷修時(shí)，采用了打木貼幫柱的支護(hù)方式，木支護(hù)屬剛性支護(hù)，木貼幫柱嚴(yán)重限制了巷道上幫的彈性變形，這就為形成沖擊礦壓創(chuàng)造了動(dòng)力條件。
2.2誘發(fā)原因
由于16層九面的回采的采動(dòng)影響，使16層老頂重新活動(dòng)，產(chǎn)生地震波，16層九面回采至16層八面所遺留的煤柱右邊界時(shí)，遇到斷層，采面過(guò)斷層要放炮震動(dòng)巖石層，產(chǎn)生震動(dòng)波。地震波與震動(dòng)波相互作用于17層七面下料道的頂板，震動(dòng)波使貼幫木柱松動(dòng)，地震波使頂板瞬時(shí)沉降，故形成沖擊礦壓的誘發(fā)條件。
2.1形成原因
根據(jù)發(fā)生沖擊礦壓的地點(diǎn)所處位置初步分析，在南二下延采區(qū)17層七面下料道，上方為2005年末回采完畢的16層八面所遺留的煤柱，且屬于孤島煤柱，煤柱集中壓力大；該條巷道上幫又處在17層六面采空區(qū)保護(hù)煤柱內(nèi)，煤柱集中壓力也相當(dāng)大，該條巷道正處于此煤柱壓力增高區(qū)下。由于16層老頂均為砂巖，強(qiáng)度比較大，所以，老頂在16層八面的懸頂面積比較大，由16層八面遺留煤柱向17層六面采空區(qū)保護(hù)煤柱和17層七面下料道頂板傳遞壓力增大，且在17層六面采空區(qū)保護(hù)煤柱里造成應(yīng)力疊加，導(dǎo)致該煤柱所承受的壓力積聚增加，進(jìn)而在17層七面下料道上幫出現(xiàn)礦山壓力增大。又因?yàn)?6、17層之間的巖性均為砂巖，強(qiáng)度比較大，所以造成17層七面下料道上幫礦山壓力增大，上幫發(fā)生彈性變形。而東榮二礦在巷修時(shí)，采用了打木貼幫柱的支護(hù)方式，木支護(hù)屬剛性支護(hù)，木貼幫柱嚴(yán)重限制了巷道上幫的彈性變形，這就為形成沖擊礦壓創(chuàng)造了動(dòng)力條件。
2.2誘發(fā)原因
由于16層九面的回采的采動(dòng)影響，使16層老頂重新活動(dòng)，產(chǎn)生地震波，16層九面回采至16層八面所遺留的煤柱右邊界時(shí)，遇到斷層，采面過(guò)斷層要放炮震動(dòng)巖石層，產(chǎn)生震動(dòng)波。地震波與震動(dòng)波相互作用于17層七面下料道的頂板，震動(dòng)波使貼幫木柱松動(dòng)，地震波使頂板瞬時(shí)沉降，故形成沖擊礦壓的誘發(fā)條件。
3.沖擊礦壓防治措施
沖擊礦壓常用防治措施如表1所示
沖擊礦壓常用防治措施如表1所示
表1常用治理措施匯總表
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類別
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防范措施
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解危措施
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防護(hù)措施
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作用
原理
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避免形成高度應(yīng)力集中，避免產(chǎn)生能量積聚的條件，預(yù)先改變煤巖沖擊傾向
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降低應(yīng)力梯度，創(chuàng)造能量釋放條件，破壞煤巖結(jié)構(gòu)
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避免造成災(zāi)害事故
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措施
名稱
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開(kāi)采解放層
合理的開(kāi)拓開(kāi)采布置
煤層預(yù)注水
煤層超前松動(dòng)爆破
頂板預(yù)注水
頂板超前爆破
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煤層卸載注水
煤層卸載爆破
煤層松動(dòng)爆破
煤層卸載鉆孔
頂板爆破處理
底板爆破處理
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加強(qiáng)支護(hù)
寬巷掘進(jìn)
爆破工藝制度控制
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結(jié)合東榮二礦實(shí)際情況以及地質(zhì)資料分析確定，16層的殘留煤柱50m范圍內(nèi)為應(yīng)力增高區(qū)，該區(qū)域以下的17層七面以及七面下料道為沖擊礦壓發(fā)生區(qū)域。針對(duì)此區(qū)域，在未發(fā)生沖擊礦壓但存在發(fā)生危險(xiǎn)的區(qū)段采用常用的治理措施，考慮到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件及經(jīng)濟(jì)因素確定采用煤層卸載注水的方法來(lái)降低煤層中的高應(yīng)力；在已發(fā)生過(guò)沖擊礦壓的區(qū)段，為了防止更嚴(yán)重的沖擊礦壓事故發(fā)生，設(shè)計(jì)了側(cè)拱切護(hù)式U型鋼可縮支架來(lái)對(duì)該特殊區(qū)段進(jìn)行支護(hù)以保證巷道的正常使用。
4.結(jié)語(yǔ)
（1）現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該治理措施有效地制止了東榮二礦17層七面下料道中沖擊礦壓事故的再次發(fā)生，必免了災(zāi)害性事故的蔓延，給東榮二礦的安全生產(chǎn)做以保障，同時(shí)有著明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
（2）經(jīng)過(guò)此次事故的發(fā)生，讓該礦認(rèn)識(shí)到了合理布置采準(zhǔn)巷道的重要性。
（1）現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該治理措施有效地制止了東榮二礦17層七面下料道中沖擊礦壓事故的再次發(fā)生，必免了災(zāi)害性事故的蔓延，給東榮二礦的安全生產(chǎn)做以保障，同時(shí)有著明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
（2）經(jīng)過(guò)此次事故的發(fā)生，讓該礦認(rèn)識(shí)到了合理布置采準(zhǔn)巷道的重要性。
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