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北京消防|沖擊地壓的發(fā)生與防治|消防檢測|電氣檢測
發(fā)布日期：2019-02-05 04:18:19
1 沖擊地壓的發(fā)生和震點的分布特點
1.1 沖擊地壓的發(fā)生
虎臺煤業(yè)分公司井田開采于1907年，設(shè)計能力300萬t/a，2001年核定能力320萬t/a，
采用斜豎井結(jié)合階段水平大巷開拓方式及綜合機械化放頂煤采煤方法開采。近年來，隨著開采深度的增加及接觸深部復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，開采區(qū)域已深入到足以產(chǎn)生沖擊的構(gòu)造應(yīng)力場和重力應(yīng)力場的“臨界深度”，因此頻繁發(fā)生沖擊地壓。特別是進入—580m水平下段及北翼開采后，逐漸接觸到深部復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造及煤層產(chǎn)狀，沖擊地壓顯現(xiàn)越來越頻繁，沖擊強度及破壞程度逐漸加大。其顯現(xiàn)特征：一是震級不大的煤爆發(fā)生較為頻繁，但威力不大，偶有片幫和煤塊拋射現(xiàn)象；二是淺部沖擊和深部沖擊較為強烈，但深部沖擊是發(fā)生在煤層深處，雖然威力（震級）較大，地面震感明顯，但井下破壞性不明顯；三是淺部沖擊地面震感不明顯或無震感，但對井下作業(yè)地點危害最大，發(fā)生前有時出現(xiàn)片幫、瓦斯增大或出現(xiàn)爆豆聲響等前兆。然而多數(shù)發(fā)生時沒有這些宏觀前兆而突然發(fā)作，破壞性較大，有時造成嚴重片幫、冒頂和底鼓、摧毀支架、堵塞巷道及顛翻設(shè)備；四是沖擊發(fā)生過程短暫，持續(xù)時間一般幾秒至十幾秒?；⑴_煤業(yè)分公司從1993～2002年共發(fā)生沖擊地壓38383次，其中大于1級（里氏震級）9315次，大于2級655次，大于3級44次，最大級達3.7級。
1.2 沖擊地壓的分布特點
自1993年起至今，沖擊地壓雖然遍布礦井各個區(qū)域，但主要集中在55001#二期綜放面、
54003#綜放面運輸順槽、68001#綜放面運輸順槽、 炮采已采區(qū)、—630m中央主副巷、63006#—II已采綜放面、68002#綜放面、 炮采區(qū)、78001#綜放面I～III期及78002#綜放面開切眼等共計10個局部區(qū)域。其分布具有以下特點：①地質(zhì)構(gòu)造帶如斷層附近、向背斜軸部，是沖擊地壓多發(fā)帶；②采深越大，沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)越多；③孤島煤柱區(qū)是沖擊地壓嚴重采區(qū)；④綜放面一分層（開采三分層煤）沖擊地壓顯現(xiàn)強烈；⑤綜放面一分層開采初期及接近終采時，沖擊地壓發(fā)生的較頻繁；⑥二分層（緩壓帶）幾乎不發(fā)生沖擊地壓；⑦從2001年下半年開始沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)呈下降趨勢。
2 沖擊地壓的成因
2.1 地質(zhì)構(gòu)造的因素
構(gòu)造應(yīng)力場既是地殼構(gòu)造運動和斷裂活動的動力因素，又是地層中區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)的重要組成部分。在構(gòu)造應(yīng)力場的作用下，一方面形成新的斷裂組合，同時對井下開采過程中的各種動力現(xiàn)象的發(fā)生起著至關(guān)重要的決定作用，構(gòu)造應(yīng)力是孕育沖擊地壓的主要動力環(huán)境因素。
（1）礦區(qū)煤田構(gòu)造分析。撫順礦區(qū)的構(gòu)造位于天山一陰山巨型緯向構(gòu)造帶和華夏式構(gòu)造帶交接復(fù)合部位，其特殊位置決定了其地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，是一個由多元構(gòu)造體系復(fù)合而形成的多元、多向和多序的構(gòu)造體系，主要有東西向陰山構(gòu)造帶和北東50%uB0～60%uB0華夏式構(gòu)造帶兩種。
（2）地質(zhì)構(gòu)造對沖擊地壓的影響。老虎臺井田位于撫順煤田向斜中部，其中東翼，是一個東向西的向斜構(gòu)造，西翼是一個北向南的緩向斜構(gòu)造，共有14條大斷層。F1和Fl a斷層是控制區(qū)域內(nèi)構(gòu)造環(huán)境的主要因素。礦區(qū)所發(fā)生的較大規(guī)模的沖擊地壓主要是受斷層和構(gòu)造的特征、空間位置以及它們之間的相互關(guān)系所控制。從老虎臺井田內(nèi)部的小的環(huán)境看，14條大斷層及周圍形成的向背斜構(gòu)造和次一級的斷裂構(gòu)造，是引發(fā)沖擊地壓的主要原因，也是沖擊地壓發(fā)生次數(shù)最密集（特別是大震級）的地方。
2.2 開采深度的因素
近年來隨采深增加，沖擊地壓次數(shù)明顯增加，特別是1級以上沖擊地壓次數(shù)大幅度上升，從1993年的466次增加到2001年的2024次。從沖擊地壓發(fā)生實際情況分析，如果單從重力（開采深度）角度分析，總的看沖擊地壓發(fā)生次數(shù)和震級是與采深成正比，但在復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造帶附近，沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)和震級有時與采深并不成正比。如礦井東部區(qū)54003綜放面距地表深度630m（回采階段—540m），準備及回采期間發(fā)生一級以上沖擊地壓30次；與其同標高的東翼相鄰的54002綜放面，準備及回采期間一級以上沖擊地壓僅發(fā)生8次。同一采區(qū)內(nèi)，采深相同的不同工作面沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)差別比較明顯。
2.3 煤層性質(zhì)的因素
沖擊地壓的發(fā)生與煤的物理機械性能密切相關(guān)。煤質(zhì)中硬以下，彈性、脆性較大，光澤較強的煤易發(fā)生小型沖擊地壓；煤質(zhì)中硬，較均質(zhì)、致密，裂隙、層節(jié)理較不發(fā)育的煤易發(fā)生較大沖擊地壓；硬度很高的不易發(fā)生沖擊地壓。根據(jù)測試、實驗及多年實踐證明：礦井本層煤中三分層屬于中硬煤，彈、脆性較大，層、節(jié)理不很發(fā)育，易于發(fā)生沖擊地壓；四分層煤質(zhì)中硬，上述性質(zhì)較差，沖擊地壓發(fā)生次之；五分層屬于中硬以上煤，不易發(fā)生沖擊地壓。
從上述分析得出：礦井沖擊地壓不屬于單一重力型沖擊地壓。
2.4 采掘活動的因素
（1）炮采與沖擊地壓關(guān)系。以往炮采水運水砂充填采煤法開采時，采用的是分組開采，不但一分層發(fā)生沖擊地壓，而且二、三分層也發(fā)生沖擊地壓。1996年以前，沖擊地壓90%以上發(fā)生在炮采的采掘工作面，對采掘面的破壞十分嚴重，多次造成傷亡事故。分析其原因，一是開采過程中每個階段（50m段高）形成11個區(qū)間煤柱和12個段間煤柱，同時每個階段東西翼遺留一個孤島煤柱采區(qū)，這些煤柱都是高應(yīng)力集中區(qū)，在此進行采掘活動，極易引發(fā)沖擊地壓。二是炮采時存在跨階段、跨水平開采，單位采區(qū)范圍?。ㄗ呦?00～500m），開采強度大，受此影響，井田區(qū)域內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)變化較大，采區(qū)間動壓互相影響，為沖擊地壓的發(fā)生提供了條件。三是炮采采用木支護管理頂板，水砂充填管理采空區(qū)，木支護屬剛性支護，抗沖擊能力低，無可縮性，充填河砂及頁巖使頂板不能自然垮落，不利于釋放頂板積聚的大量彈性能。四是炮采工作面采用爆破落煤，放炮震動極易引發(fā)沖擊地壓。所以，炮采水砂充填采煤法不適合沖擊地壓煤層開采。
（2）綜放開采與沖擊地壓的關(guān)系。綜放開采是目前特厚煤層較為先進的采煤方法。采用高強度液壓支架管理工作面頂板，采煤機割煤，自然垮落法管理采空區(qū)，巷道采用先進的錨網(wǎng)U型棚復(fù)合支護，這種采煤方法有利于防止沖擊地壓的發(fā)生。一是可以布置長距離大工作面，采區(qū)個數(shù)減少，使得礦井生產(chǎn)布局及開采程序更加合理。二是礦井區(qū)間煤柱減少，無段間煤柱，區(qū)內(nèi)條帶間實現(xiàn)無煤柱開采，采空區(qū)內(nèi)不殘留煤柱及支柱，煤柱高應(yīng)力區(qū)大幅度減少，采區(qū)內(nèi)部也不會形成新的應(yīng)力集中區(qū)。三是工作面液壓支架強度高（ZFS6000型），具有可縮性，采空區(qū)采用自然垮落法管理頂板，有利于釋放頂板內(nèi)積聚的大量彈性能。
（3）不同采煤方法與沖擊地壓關(guān)系。正如瓦斯、煤塵和自然發(fā)火一樣，沖擊地壓是與煤礦開采伴生的自然災(zāi)害，只要進行采掘活動，就必然程序不同的引發(fā)沖擊地壓。20世紀70年代初，國內(nèi)煤礦開始采用放頂卸壓措施，通過放頂使頂板彈性能得到充分釋放，大大緩解了沖擊地壓發(fā)生的頻率及震級。撫順礦區(qū)以往炮采時，采用水砂充填法管理采空區(qū)，三個井工礦均有沖擊地壓發(fā)生。因此，采用何種采煤方法與沖擊地壓沒有必然的聯(lián)系，只不過能產(chǎn)生利弊不同程度的影響。
3 沖擊地壓的防治
（1）調(diào)整生產(chǎn)布局，減少煤柱高應(yīng)力區(qū)。生產(chǎn)安排上將—730m水平原來按炮采劃分的50多個采區(qū)，按其賦存標高及產(chǎn)狀合并成東、中、西三個綜采區(qū)。在開采程度上，始終遵循自上而下、由南往北逐個條帶分層進行開采的原則。
（2）開展沖擊地壓預(yù)測預(yù)報。為了全面準確掌握全礦沖擊地壓危險性分布狀況、危險程度、在預(yù)測預(yù)報工作上進行了區(qū)域性和局部性預(yù)測預(yù)報。預(yù)測方法采用鉆粉法、電磁輻射法和礦壓觀測法。
（3）加大瓦斯抽放能力。為了提高瓦斯抽放量，降低瓦斯壓力，杜絕沖擊地壓引發(fā)瓦斯燃爆及煤與瓦斯突出事故，對瓦斯抽放系統(tǒng)進行了改造，礦井瓦斯抽放能力由350m3/min提高到500 m3/min以上，瓦斯抽放純量由1994年的0.75億m3增加到2001年1.3億m3。
（4）煤體注水卸壓。從改變煤體的物理機械特性入手，對煤體進行靜壓、高壓注水，以軟化煤體和緩解應(yīng)力集中，達到卸壓的目的。
（5）超前卸壓鉆孔。在沖擊地壓嚴重的煤掘工作面???實施超前卸壓鉆孔，采取“兩掘一鉆”方式作業(yè)，即在每天的一循環(huán)中利用一個小班時間打7～10個超前卸壓鉆孔，上下兩排布置，每天施工一排孔，孔深為10m，掩護掘進施工，使掘進工作在卸壓圈內(nèi)進行，杜絕了煤掘工作面前方?jīng)_擊地壓的發(fā)生。
（6）深孔卸壓爆破。根據(jù)虎臺煤業(yè)分公司沖擊地壓發(fā)生的原因主要是構(gòu)造應(yīng)力和集中應(yīng)力引起的特點，為減少沖擊地壓對巷道的破壞，對地質(zhì)構(gòu)造、煤柱等應(yīng)力集中區(qū)和電磁輻射值超標地點，采取深孔爆破卸壓措施，使構(gòu)造應(yīng)力和集中應(yīng)力得以緩慢釋放，從而起到減震目的。
（7）提高綜放面裝備水平。提高工作面支架阻力，型號由原來的ZFS4000—18/28提高到ZFS6000—18/28，已采的68001#及78001#綜放面雖然發(fā)生多次較大沖擊地壓，但沒有發(fā)生壓死支架現(xiàn)象及造成傷亡事故。
（8）改革巷道支護方法。為了解決落后的T鐵棚剛性支護抗沖擊能力差的問題，先后幾次對巷道支護進行了改革，其形式有U型鋼可縮支護、圓型支架、錨網(wǎng)支護、錨網(wǎng)和U型支架聯(lián)合支護等；并在沖擊地壓較嚴重的巷道采用全長錨固支護形式，其抗沖擊效果更為明顯。
（9）強化現(xiàn)場安全防護。為減少沖擊地壓造成的損失，制定了5項31條預(yù)防沖擊地壓的安全防護措施，采取了合理安排勞動組織、分散作業(yè)人員、限制作業(yè)人數(shù)及作業(yè)時間、及時清理作業(yè)現(xiàn)場閑置設(shè)備、必備的設(shè)備設(shè)施進行捆綁固定、縮小U型棚支護棚距、每架U型棚打六個卡子、延長掘進工作面躲炮時間（不低于30 min）等一系列措施，成功地躲過了數(shù)次較大的沖擊地壓。
4 沖擊地壓的防治效果
（1）有破壞性的沖擊地壓次數(shù)減少。2001年礦井共發(fā)生有破壞性沖擊地壓59次，1～6月份發(fā)生34次，月平均5.6次；從6月份開展高壓注水后，7～12月份共發(fā)生21次，月平均3.5次。總共下降13次，月平均下降2.1次，下降率為37.5%；從三季度開始高壓注水與深孔爆破技術(shù)聯(lián)合運用后，四季度共發(fā)生4次，月平均1.3次，比1～6月份平均下降4.3次，下降率為76.8%。
（2）沖擊地壓對巷道破壞程度減少。從2001年1月到2002年1月因沖擊地壓破壞巷道總長度為2585m，1～9月份為2028m，月平均225m；10 月份開始高壓注水與深孔爆破解危措施聯(lián)合使用后，10月份到2002年1月巷道損壞557m，月平均139m，月平均減少86m。
（3）沖擊地壓損壞的支架明顯減少。2001年1月至2002年1月因沖擊地壓損壞的支架共454架，其中1～9月份為425架，月平均47架；而10月份以后的4個月共損壞49架，月平均12架，下降率為75%。
（4）杜絕了因沖擊地壓造成的死亡事故。自采取“四位一體”綜合防治措施以來，杜絕了因沖擊地壓造成的死亡事故，人身傷害事故也大幅度降低。
（王慶陽 張德利 李國宏）
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