煤矿矿井冲击地压防治体系建设研究

煤矿矿井冲击地压防治体系建设研究

任,凯1, 王建勇2

黑龙江科技大学 黑龙江 哈尔滨 150000

山西煤炭运销集团吕梁有限公司地测与防治水中心 山西 吕梁033000

摘要：随着煤矿开采深度的增加与机械化开采水平的提高，矿井开采强度不断加大，工作面推进速度显著提高。特别是在小煤柱回采工艺的推广下，随着资源的高效回收，工作面矿压显现程度显著增加。强矿压控制成为小煤柱工作面安全回采的重点内容。通过对深部厚煤层冲击地压形成机理的分析，提出了一种深埋坚硬顶板厚煤层冲击地压的多因素耦合监测及防治方法。针对不同区域的冲击地压制定了相应的解危卸压措施，研究小煤柱工作面在高强度开采条件下围岩变形规律，对强矿压现象进行专项治理，对工作面安全生产具有重要意义。

关键词：煤矿；冲击地压防治；体系建设

引言

冲击地压主要是由地质因素和开采技术综合作用的结果。经鉴定宽沟煤矿煤层具有弱冲击性，顶底板具有强冲击性。顶板的强冲击主要是由于顶板具有坚硬，厚度大及不易垮落的特点。再加上工作面属于综放开采，采空区极易形成较大的空壳，引发二次灾害。针对煤矿冲击地压发生的应力主要由岩体的重力和构造残余应力组成。经过市场现场统计分析，煤岩的冲击倾向性越大，发生冲击地压的可能性就越大。煤的强度越大，弹性越好，冲击倾向性就越高。顶板岩层越坚硬，越容易诱发冲击地压。

1试验区域

煤层厚度8.33~16.64m，平均11.80m。顶板岩性以粉砂岩、泥岩及砂质泥岩为主，细粒砂岩、粗粒砂岩次之，厚度0.30~34.22m。根据煤炭科学技术研究院鉴定煤层具有弱冲击倾向性，顶板具有强冲击倾向性。

2工作面冲击危险监测预警

煤矿微震监测系统是一种集光电技术、新型传感器、网络通讯、数据自动采集和存储等多种关键性参数于一体的高精度微震监测技术系统，能够实现对岩体破裂震动的实时在线监测，通过数据分析功能对岩体内的微震信号进行分析处理，精确计算出能量大于00J、动态范围大于110dB震动事件的具体坐标，为矿震、岩爆煤预瓦斯突出、顶底板溃水等动力矿山灾害提供有效的预测。煤矿微震监测系统通过安装在井下测区内的微震检波器监测、接收煤岩体发生的各类震动信号波段，经由微震监测分站将电信号转换为光信号通过光纤环网传输至微震主机，再由网络交换机将信号传输至地面中心站，直观地展现在工程技术人员面前，为决策提供科学的数据支撑。工作面回采过程中，现场采用探究式布置方式，系统共在16个测点位置配备拾震传感器，包括2个低频传感器、10个中频传感器和4个高频传感器，其中，胶带顺槽布置1-8号测点，辅运顺槽布置9-16号测点，1号-7号、9号-14号测点为移动测点，沿两顺槽端头方向以50m间距均匀布置，主要监测8112工作面及其周边围岩体的微震事件，7号测点、14号测点分别布置于两顺槽停采线位置处，8号、16号测点分别布置于两顺槽与大巷交叉点位置，主要监测盘区大巷大范围围岩微震事件。

3冲击地压防治技术

3.1工作面冲击地压监测技术方案

由于冲击地压的发生是动载和静载共同作用的结果,因此0250工作面冲击危险性监测方案采取区域、局部相结合,区域监测以微震为主,区域监测以钻屑法、电磁辐射法和应力法为主。1)微震法主要依据波兰进口的ARAMISM/E对回采活动引发的不同强度的微震信号进行远距离、实时、动态监测,准确识别煤岩体内部弹性能量释放情况。2)钻屑法是通过排放钻孔煤粉量的大小和有关动力效应,鉴别冲击地压的一种局部监测方法。回采期间根据两巷划分的冲击危险性,按照弱冲击危险30m间距、中等冲击危险20m间距、强冲击危险(高应力区)10m间距布置钻屑监测孔,其对应监测频率为3d、2d、1d,每次监测一组,一组3~5个钻孔,监测范围不小于超前100m。3)电磁辐射法是通过监测煤岩变形破裂过程中电磁辐射等信息预测预报煤岩动力灾害过程,有效反映采掘工作面周围高应力区、动压区的位置及范围一种局部监测方法。回采期间对两巷实体煤帮进行电磁辐射监测,其监测频率为每天1次,监测范围为工作面超前200m。4)应力在线法通过监测两巷超前300m煤体内的围岩应力传感器支承应力变化情况,反映回采工作面超前应力场的范围大小、运动过程,实现远距离、实时、动态监测。

3.2综放工作面爆破顶板压力曲线

工艺巷煤层顶板爆破后，统计分析了工作面KJ21在线支架压力监测数据，工作面KJ21支架压力变化大致有三个阶段：①第一阶段：爆破瞬间，工作面支架压力急增上升。该阶段为爆破后产生的瞬间动力，在瞬间载荷的作用下支架压力瞬间升高。②第二价段：持续一段时间后，工作面支架阻力增大。主要原因是工作面回采后，顶板由于预裂爆破后顶板弯曲下沉造成支架阻力增大。③第三阶段：持续一段时间后，支架阻力恢复平衡，支架阻力下降。主要原因是工作面顶板爆破后，顶板及时垮落，应力转移后，支架阻力出现下降，恢复正常值。

3.3应力在线监测方案

（1）监测系统6305工作面采用KJ550应力在线监测系统，可根据设定指标自动判别监测点的冲击危险性，并进行应力预警。（2）布置方案回采期间应保证工作面超前不小于300m范围进行应力监测，根据6305工作面开采顺序自开切眼向南推采。工作面回采前，在上、下平巷超前向外布置应力测站，监测范围不小于300m，根据工作面推采向外随撤随安装。应力测站布置在巷道待采煤体帮部，开孔位置距底板0.5m~1.5m。上、下平巷自切眼向外20m处开始按强冲击危险区间距20m、中等冲击危险区间距30m布置1组测站进行采动应力监测。监测范围不小于300m，即布置不少于15组应力传感器，应力传感器布置在工作面开始回采前完成。每组布置2个测点，测点间距小于2m，埋设深度分别为8m、13m。

3.4优化支护方式

工作面胶带顺槽与相邻工作面面间煤柱留设尺寸为5m，工作面回采推进期间，在采动作用影响下，顺槽超前段变形严重，人行通道高度不足，为解决这一问题，在巷道超前200m范围煤柱侧采用大小木垛交替布置支护顶板，木垛间排距为0.8m×0.8m，大木垛为空心，小木垛为实心，小木垛支设强度为大木垛的5倍以上。在巷道断层带附近及顶板破碎段，采用铺设双层柔性网+三眼锚索梁补强支护确保顶板支护的有效性，降低顶板离层。帮部采取挂菱形网+锚杆护帮加固，防止炸帮伤人。同时，针对单体柱钻底失稳，难以起到支撑作用的现象，设计并制作两柱式抗压柱靴，将支柱接触面积由113cm2增加至6400cm2，在单体柱同等支撑应力情况下，对顶板支撑作用提升了50余倍。

结束语

以微震监控技术手段,分析总结工作面过下保护层期间微震事件频次及能量变化规律,反映了下保护层开采后对上覆岩层的卸压效果,研究表明下保护层开采可以有效的降低上覆岩层煤岩应力集中程度,从而减弱弹性能的积聚与释放,对防冲较为有利。同时结合卸压期间煤炮数据统计结果,发现保护层开采后,可成功转移侧向支承压力影响,保护范围内的钻孔动力现象较弱,达到安全状态。

参考文献

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作者简介：任 凯，1995.11-- 男，汉族，山西吕梁人，黑龙江科技大学采矿工程专业研究生在读。