礦井沖擊地壓災害分析、探測和預防措施

郭曉慶

（鄭州華轅煤業有限公司，河南 新鄭451171）

0 概況

我國最早記錄的沖擊地壓于1933 年發生在撫順勝利煤礦，北京、開灤、撫順、南桐、棗莊、大同、鶴崗、雞西等地方煤礦都發生了嚴重的沖擊地壓。 截至2005 年，我國發生沖擊地壓的礦井已達110 多個。 我國國有煤礦大多建于上世紀五六十年代，隨著時間的推移和礦產資源開采向深部轉移，這些礦井將逐步進入深部開采，沖擊地壓災害問題將更加嚴重、更加突出。 由于沖擊地壓的發生機理和影響因素極其復雜， 目前尚未建立比較符合實際的沖擊地壓發生及破壞過程的理論，因而影響了對沖擊地壓的預測、預報和防治。

李糧店礦區主要開采二1煤層，埋深353～1261m，標高為-240～-1170m，李糧店礦區由于本礦井煤層埋藏深，所以對地壓提出以下分析、探測和預防措施。

1 本礦井沖擊地壓危險因素

1.1 地質因素

1.1.1 開采深度

開采深度的加大使地應力值增加。一般在達到一定開采深度后才開始發生沖擊地壓，此深度稱為沖擊地壓臨界深度。 臨界深度值隨條件不同而異，一般大于200m，總的趨勢是隨采深增加，沖擊危險性增加，由于煤體內的應力幾乎與采深成正比，因此，采深越大，煤體的應力越高，煤體變形和積聚的彈性潛能也越大。

1.1.2 地質構造

構造應力的作用可以使發生沖擊地壓的臨界深度明顯減小，在構造應力集中的構造地帶，構造應力能促使發生沖擊地壓。

1.1.3 煤巖結構和物理力學特性

煤層較硬，易發生脆性破壞，則煤層具有沖擊傾向性；煤層頂板堅硬并有大面積懸頂時，會使煤體承受較高的支承壓力，容易發生沖擊地壓；煤層底板強度較高，會由于頂底板對煤層的夾制作用，使煤體承受較高的壓力作用，易于積聚能量。

1.2 開采技術因素

1.2.1 煤柱

留煤柱偏小所形成的應力集中是發生沖擊地壓的條件之一，也是瓦斯突出的影響因素之一。 因此，應盡可能不留煤柱或在需要的情況下，留設較大的煤柱，防止應力集中。

1.2.2 巷道布置

同一區段內布置多個工作面相向或相背回采，形成三面或四面采空區，易于形成沖擊地壓。

1.2.3 巷道交岔點

巷道交岔點多，易形成多處支承壓力疊加而導致沖擊地壓。

1.2.4 放炮

放炮后，煤體應力重新分布，使部分煤柱應力增加，進入極限平衡狀態或破壞其平衡，從而釋放彈性潛能。

2 用鉆屑法對工作面進行沖擊傾向及沖擊危險性程度探測

鉆屑法(煤粉鉆孔法)是通過在煤層中打小直徑(41～50mm)鉆孔，根據排出的煤粉量及其變化規律以及有關動力效應鑒別沖擊危險的一種方法。

2.1 沖擊危險指標

2.1.1 檢測指標由煤粉量、深度和動力效應組成

煤粉量是每米鉆孔長度所排出的煤粉的質量，單位為kg。

深度是從煤壁至所測煤粉量位置的鉆孔長度，可折算成鉆孔地點實際采高的倍數，動力效應是鉆孔產牛的卡鉆、孔內沖擊、煤粉粒度變化等現象。

2.1.2 用鉆樹率指數方法判別工作地點沖擊地壓危險性的指標

在表1 中所列的鉆孔深度內，實際鉆粉率達到相應的指標或出現鉆桿卡死現象，可判所測工作地點有沖擊地壓危險。

判別工作地點沖擊地壓危險性的鉆粉率指數： 鉆孔深度/煤層開采厚度1.5 1.5～3 3 鉆粉率指數≥1.5 2～3 ≥4

正常鉆粉量是在支承壓力影響帶范圍以外測得的煤粉量。測定煤層正常鉆粉量時，鉆孔數不應少于5 孔，并取各孔煤粉量的平均值。

2.1.3 沖擊危險指標由礦井沖擊地壓防治組負責，以井田為單位按煤層分別測定，確定沖擊危險指標應通過科學試驗。

2.2 施工方法

2.2.1 鉆孔時，應采用專用鉆架和鉆桿導向裝置，保證鉆孔直徑和方向。

2.2.2 鉆孔應盡量布置在采高中部，平行于層面，垂立于煤壁。

2.2.3 確定沖擊危險最大的檢測深度一般為3.5 倍采高，在此范圍內，如已確定沖擊危險，可停止探測。

2.2.4 鉆孔地點、孔距以及檢測時問技施工日的確定

預測沖擊危險的鉆孔應在保證安全的情況下布置在根據推測最可能發生沖擊地壓的地點。孔距與間隔時間按所測地區預先評定的沖擊危險等級和地質條件適當調整。

2.2.5 檢測時應記錄鉆孔時間、地點、深度、每米鉆孔的排粉量、施工中的動力效應以及鉆孔地點的生產地質條件， 并繪制鉆孔位置示意圖。

3 沖擊地壓的防治措施

3.1 防治區域

工作面順槽、 停采線前方50m 范圍、 各聯絡巷上口及巷道密集帶。

3.2 防治時間及周期

工作面開始回采時，防治時間從煤壁前方20～100m，以10 天為一周期，全部超前爆破卸壓，卸壓后經打煤粉鉆復查如果發現又有壓力積聚現象， 則進行第二次超前爆破卸壓。 工作面推進至停采線前方80～100m 時對該區域進行超前爆破卸壓。

3.3 沖擊地壓的防治措施

3.3.1 用超前放震動炮的方法對工作面沖擊地壓實施超前防治

在用鉆屑法測出所鉆區域有沖擊地壓危險時，須對該區域進行超前爆破卸壓。

1）在工作面煤壁前方20～100m 范圍內的巷道下幫每隔3～5m 打一鉆孔，鉆孔直徑42mm，孔深度6～8m，鉆孔平行于煤層傾斜方向，距底板1.0～1.2m。

2）每孔裝藥10～15 塊，用2～3 個雷管單孔并聯引爆，炸藥為安全等級不低于三級的煤礦許用含水炸藥。

3）嚴格水炮泥和黃泥封孔，封孔長度不小于2m。

4）嚴格正向裝藥，嚴禁反向爆破。

5）嚴格“一炮三檢”、“三人連鎖”及灑水防塵制度，爆破時設好專人警戒，警戒線距爆破點不少于150m。 爆破后30 分鐘內任何人員不得進入警戒線內。

6）放炮由專職持證放炮員執行，安全放炮距離不少于150m。

3.3.2 煤層高壓注水

為確保最大限度地工作面取得防沖擊地壓效果，必須在工作面超前煤體中實行高壓注水，以降低煤體的彈性性能和煤體的強度。

1）注水卸壓區域為工作面煤壁前方0～150m 的煤體，并隨工作面的推進而推移。

2）注水孔位置在巷道下幫，鉆孔直徑應不小于42mm，深度不少于20m，間距10m，鉆孔方向平行煤層層理，高度距底板1.1～1.2m。

3）開始注水壓力15MPa，以后保持在7MPa，注水時間必須保證連續注水5～7 天，使煤體含水率達到4%以上。

4）嚴格按要求封孔，嚴禁出現漏水現象。

5）采用煤層預注水方法時，對不同的注水參數和施工條件以及不同的煤層條件，均比分別進行含水率分布情況實測工作，以檢查注水效果。

3.3.3 其它措施

設計在同一區段只布置一個工作面，減少煤柱的應力集中，并采用對巷道加強支護等綜合措施。

4 結語

以上僅為煤礦預測和防治沖擊地壓常見的方法， 在礦井生產后，如有必要，生產單位應和科研部門一道，對沖擊地壓進行深入詳細的研究和觀測，制定專門的防治沖擊地壓安全技術措施，包括預測預報、合理開采、加強支護等綜合治理方法，以保證礦井的安全生產。