百年老礦沖擊地壓防治實踐

文/肖雪峰 曹堅正 關書方

開灤唐山礦已有140多年的開采歷史，井田總體為單斜構造，五大斷層依次排列，七大褶曲貫穿其中，地質構造復雜。隨著礦井開采深度的增加，構造應力、采動應力、各種煤柱應力相互疊加，水、火、瓦斯、煤塵、頂板、沖擊地壓等災害日漸凸顯。2019年初，唐山礦升級為沖擊地壓礦井，開始按照沖擊地壓礦井進行管理，同年8月2日，風井煤柱區發生沖擊地壓事故，之后立即停產開展防沖整改工作，復產后“沖擊地壓防治”成為礦井的第一要務。經過近兩年的防沖實踐、探索，唐山礦防治水平有了一定提高，為礦井安全生產提供了有力保障。

一、采取的主要措施

1．調整生產布局，主動降低礦井產能

唐山礦將礦井由“一井四面”生產布局調整為“一井兩面”布局，并重新核定礦井生產能力，由420萬t/a核減為300萬t/a。削減產能，降低工作面開采強度，不僅可以有效減緩上覆巖層下沉的影響，實現礦山壓力和圍巖積聚能量的穩定緩慢釋放，更為重要的是，降低開采強度為防沖措施實施騰出了時間和空間，進一步提高了礦井防沖工作的安全保障能力。

2．加強基礎建設，夯實防沖根基

圍繞沖擊地壓防控，從教育培訓、組織領導、制度體系建設等方面著手開展工作，夯實防沖基礎。

一是加強機構與人員配置。礦井成立了防沖工作領導小組，由礦長任組長，總工程師、各副礦長任副組長，明確細化責任分工，對礦井的沖擊地壓防治工作進行全面領導。設立防治沖擊地壓辦公室和沖擊地壓監控室，配齊配優專職技術人員15人，為防沖工作提供了強有力的人才和技術保障。在區科層面，建立了141人的專職鉆探隊伍，負責監測、卸壓、驗證等具體工作，確保各項防沖措施在現場落實到位。

二是完善防沖制度和措施保障體系。以建設沖擊危險性預測、監測預警、防范治理、效果檢驗、安全防護“五位一體”綜合防沖措施為目標，對照《防沖細則》，結合礦井實際，建立健全防沖《安全生產崗位責任制度》《沖擊危險區域限員管理制度》等28項防沖制度，對防沖職責、監測預警、應急處置、限員管理、設備管理等進行詳細規定。此外，還建立了以總工程師為核心的技術管理體系，并研究制定了《井下工程設計管理辦法》等一系列配套工作制度。

三是大力開展防沖專項教育。按照“走出去、請進來”的思路，組織骨干工程技術人員，先后到遼寧、山東、黑龍江、江蘇等地進行培訓考察，深入學習先進技術和管理經驗。先后邀請中國礦大、天地科技公司等機構專家學者來礦開展講座，有效提高了工程技術人員的防沖業務水平。此外，還采取集中培訓和自主學習相結合的形式，從礦井、專業、區科三個層次開展防沖培訓，促進了員工防沖素質提高。

3．堅持技術先行，科學組織生產

牢固樹立技術保安思維，加強技術對生產的指導，為安全生產提供堅強的技術支撐。

一是重視區域防沖技術研究與落實。堅持“預防為主、設計先行”工作導向，充分考慮沖擊地壓影響因素，進一步優化了南五采區設計，三條采區上山及硐室由煤巷設計變為巖巷設計，采區由雙翼開采變為單翼開采，修改工作面停采線位置避免內外交錯，修改后大大減少了煤體應力集中情況。

二是認真開展沖擊危險性評價。嚴格按照防沖規定，在對礦井全面分析論證的基礎上，詳細編制了礦井中長期防沖規劃和年度防沖計劃；與山東科技大學合作，圍繞礦井整體、各煤層、各采區、各運輸巷和各采掘工作面，完成了《沖擊危險性評價報告與防沖設計》20余項，做到分區管理，為更好地指導沖擊地壓防治工作提供了科學依據。

三是加強對礦井沖擊地壓特點與規律的研究。一方面，加強與院校合作，重點圍繞唐山礦原巖應力測試與區域應力場分析、沖擊地壓主控因素及其耦合作用、沖擊地壓多參量監測預警技術等方面進行研究。另一方面，通過長時間的數據采集與綜合分析，并與中國礦大溝通，將微震大事件分布，以及發生頻次與支架壓力數據相結合，研判工作面周期來壓與大能量事件的規律，為針對性開展沖擊地壓監測與防治提供了可靠的理論依據。

4．加強硬件投入構建監測預警體系，實現科技治災

持續加大防沖硬件設備設施投入，依托現代化手段，提高礦井防災治災能力。

一是組建防沖監測預警體系。礦井防沖監測預警體系分為區域監測、局部監測和監測預警。區域監測方面，配置了兩種微震系統，一種是從波蘭引進的ARAMIS微震監測系統，共有16個測點，主要分布在風井煤柱采區、岳胥區和南五采區；另一種是KJ768微震監測系統，主要分布在岳胥區Y394、0250等采掘工作面及臨近巷道，實現了礦井沖擊危險區域監測和工作面高精度監測。局部監測方面，配備了KJ216應力在線監測系統，主要分布在Y394、0250工作面兩巷，同時還配備煤巖動力災害聲電監測儀設備，通過應力在線監測、電磁輻射法監測和鉆屑法監測，構建起唐山礦局部監測體系。監測預警方面，隨著防沖工作深入開展，通過加強數據的綜合分析與研判，優化礦井沖擊危險性預警臨界指標，從而進一步提升預測、預判、預警水平。

二是加強監測預警體系運行管理。一方面，結合工作面回采、巷道施工、監測變化等情況綜合分析，設計制定更加合理的監測設備布置方案及監測措施，更好地滿足區域及局部監測需要。另一方面，針對監測設備在運行過程中暴露出的線路、運行、供電等問題，布置防沖監測設備供電專線，優化供電系統，減少了供電故障率。更換了KJ216監測系統的主站設備，實現了8小時自存儲功能。完善設備管理制度，增設井下值班維護人員，提高了監測設備運行的穩定性。

5．嚴細現場管理，筑牢前沿防線

堅持把現場作為安全管理的落腳點，嚴抓細管，主動作為，全面筑牢防沖前沿防線。

一是嚴格落實區域和局部相結合的防沖措施。先通過區域微震監測法預判應力集中部位，然后運用電磁輻射監測法和鉆屑監測法進行局部監測，精準確定危險范圍。之后，由防沖技術人員綜合分析制定治理、卸壓、監測方案并指導實施，主要采用煤層爆破卸壓和大直徑鉆孔卸壓兩種方式。

二是加強沖擊地壓隱患的排查與治理。堅持“全覆蓋、無死角、零容忍”的原則，定期組織防沖專業技術人員進行專項隱患排查及治理，2020年累計排查86次，查處隱患問題282項。

三是加強支護與個體防護。支護方面，結合各采掘工作面及巷道的實際情況，通過加密或增打拱形棚、加打圍巖破碎區域錨索、單體柱等措施，增大支護強度，提高了巷道抵抗沖擊地壓能力。個體防護方面，嚴格配備壓風自救裝置，為一線作業人員配備了防沖帽、防護服、隔離式自救器等防護裝備。

四是嚴格執行“三限”管理。限采深方面，目前礦井采深最深工作面Y394工作面，最大開采深度為885.5m，沒有超過千米。限產量方面，重新核定了生產能力，最終定為年產300萬t。2020年結合礦井防沖實際，產量指標由300萬t降為190萬t。限員方面，設置井下限員管理站，采取專人值班、掛牌管理、“等量置換”等方式，嚴格控制進入沖擊地壓危險區域人數。

五是加強大能量事件應急處置。建立大能量事件應急處置預案，嚴格落實危險緊急情況撤人制度。2020年累計發生大能量事件預警48次，均嚴格按照要求進行了處置。

二、存在的問題和不足

1．綜合分析預警能力有待進一步提高

在監測數據分析方面，還比較膚淺，只注重某一點、某一工作面局部分析，或是事后分析，而統籌分析、超前分析能力較差，很多時候都需要依靠第三方機構，一定程度上影響防沖工作效率、效果。

2．防沖治理手段、卸壓方式還比較單一，超前防治措施較少

在卸壓方式上，目前主要是煤層爆破卸壓和大直徑鉆孔卸壓兩種，對頂板爆破預裂、頂板水力致裂等超前治理手段研究還不夠。

3．支護方式還比較落后

目前，礦井支護主要為架棚等被動支護方式，支護強度低，抗沖擊性能差。而很多沖擊地壓礦井都已使用端頭超前支架、高強吸能支架等新型支護方式。裝備引進、工藝升級，巷道大斷面支護是今后重點要解決的問題。

三、主要體會與思考

1．堅持區域與局部相結合的防治方法，“標本兼治、重在治本”

煤礦沖擊地壓防治，既有區域防范方法，也有局部治理措施。從現場實踐看，局部防治只能是“治標”之策，并不能解決根本問題，而區域防治從調整礦井開拓部署、開采設計著手，從根源上降低沖擊地壓風險，既經濟又安全可靠。

2．注重總結提煉，探尋沖擊地壓發生機理與主控因素

要通過現場表現出的特征，挖掘內在聯系，結合理論分析，確定礦井沖擊地壓的類型及其組合，分析沖擊地壓發生的機理和主控因素，從而針對沖擊地壓類型分類施策、精準施策，實現對沖擊地壓的有效防控。

3．注重采場周邊的礦壓分析

煤巖體應力的變化是引起沖擊地壓的根源，而煤巖體的應力與本工作面開采和巷道掘進直接相關，同時也受相鄰工作面、采區、煤層開采影響。因此，要加大采場周邊分析范圍，空間上認真研究上覆巖層的運動規律，特別是關鍵層的運動規律，時間上考慮周邊采掘工程的穩定期。從時空上分析圍巖的運移、應力的演化誘發沖擊地壓的發生。

4．注重宏觀和微觀上相統一

研究唐山礦沖擊地壓，不能局限于研究小范圍的能量分布、微震事件與應力變化，必須整體與局部統籌考慮。從大的方面考慮礦井、礦區、大型地質構造帶的影響，結合礦區地應力測定結果，分析沖擊地壓的生成環境、表現形態、發生條件，從區域角度采取針對性的防治措施。同時，也要加強局部圍巖結構、力學參數分析，結合工作面覆巖破斷運移規律，落實局部監測預警和防范治理措施，宏觀和微觀一并考慮，提高沖擊地壓防治的有效性。

5．注重“科技興安，少人則安”

一是注重產、學、研相結合，立足實際找課題，加強與院校合作，圍繞重點、難點開展攻關研究，解決實際困難，提高專業技術人員素質。二是以智能化礦山為依托，推進智能化、自動化采掘工作面建設，大力實施工作面遠程集中控制，減少作業人員，提高效率，實現“無人則安、少人則安”。三是加強巷道支護，應用高強支護材料，推進大斷面支護、全錨網支護、注漿錨桿支護，增加強度，不斷提高礦井的風險防控能力。

6．注重超前預警，主動防治

一是構建綜合監測預警平臺，綜合運用微震監測法、應力在線監測法、礦壓觀測法、鉆屑法、電磁輻射法等手段，做好數據綜合分析，提升監測預警準確性和超前性。二是開展預卸壓，通過頂板深孔爆破預裂、水力致裂等超前手段，對應力集中區超前卸壓，引進智能無人鉆車，提高打鉆卸壓效率。三是順槽應力集中區采用單元支架、門式支架等高強吸能防沖支架，實現主動防護。

復合支護巷道