郭曉慶

（鄭州華轅煤業(yè)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(fā)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(fā)生了嚴(yán)重的沖擊地壓。 截至2005 年，我國發(fā)生沖擊地壓的礦井已達(dá)110 多個。 我國國有煤礦大多建于上世紀(jì)五六十年代，隨著時(shí)間的推移和礦產(chǎn)資源開采向深部轉(zhuǎn)移，這些礦井將逐步進(jìn)入深部開采，沖擊地壓災(zāi)害問題將更加嚴(yán)重、更加突出。 由于沖擊地壓的發(fā)生機(jī)理和影響因素極其復(fù)雜， 目前尚未建立比較符合實(shí)際的沖擊地壓發(fā)生及破壞過程的理論，因而影響了對沖擊地壓的預(yù)測、預(yù)報(bào)和防治。

李糧店礦區(qū)主要開采二1煤層，埋深353～1261m，標(biāo)高為-240～-1170m，李糧店礦區(qū)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(yù)防措施。

1 本礦井沖擊地壓危險(xiǎn)因素

1.1 地質(zhì)因素

1.1.1 開采深度

開采深度的加大使地應(yīng)力值增加。一般在達(dá)到一定開采深度后才開始發(fā)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(xiǎn)性增加，由于煤體內(nèi)的應(yīng)力幾乎與采深成正比，因此，采深越大，煤體的應(yīng)力越高，煤體變形和積聚的彈性潛能也越大。

1.1.2 地質(zhì)構(gòu)造

構(gòu)造應(yīng)力的作用可以使發(fā)生沖擊地壓的臨界深度明顯減小，在構(gòu)造應(yīng)力集中的構(gòu)造地帶，構(gòu)造應(yīng)力能促使發(fā)生沖擊地壓。

1.1.3 煤巖結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)特性

煤層較硬，易發(fā)生脆性破壞，則煤層具有沖擊傾向性；煤層頂板堅(jiān)硬并有大面積懸頂時(shí)，會使煤體承受較高的支承壓力，容易發(fā)生沖擊地壓；煤層底板強(qiáng)度較高，會由于頂?shù)装鍖γ簩拥膴A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(shù)因素

1.2.1 煤柱

留煤柱偏小所形成的應(yīng)力集中是發(fā)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(yīng)盡可能不留煤柱或在需要的情況下，留設(shè)較大的煤柱，防止應(yīng)力集中。

1.2.2 巷道布置

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

1.2.3 巷道交岔點(diǎn)

巷道交岔點(diǎn)多，易形成多處支承壓力疊加而導(dǎo)致沖擊地壓。

1.2.4 放炮

放炮后，煤體應(yīng)力重新分布，使部分煤柱應(yīng)力增加，進(jìn)入極限平衡狀態(tài)或破壞其平衡，從而釋放彈性潛能。

2 用鉆屑法對工作面進(jìn)行沖擊傾向及沖擊危險(xiǎn)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(jù)排出的煤粉量及其變化規(guī)律以及有關(guān)動力效應(yīng)鑒別沖擊危險(xiǎn)的一種方法。

2.1 沖擊危險(xiǎn)指標(biāo)

2.1.1 檢測指標(biāo)由煤粉量、深度和動力效應(yīng)組成

煤粉量是每米鉆孔長度所排出的煤粉的質(zhì)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(diǎn)實(shí)際采高的倍數(shù)，動力效應(yīng)是鉆孔產(chǎn)牛的卡鉆、孔內(nèi)沖擊、煤粉粒度變化等現(xiàn)象。

2.1.2 用鉆樹率指數(shù)方法判別工作地點(diǎn)沖擊地壓危險(xiǎn)性的指標(biāo)

在表1 中所列的鉆孔深度內(nèi)，實(shí)際鉆粉率達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)或出現(xiàn)鉆桿卡死現(xiàn)象，可判所測工作地點(diǎn)有沖擊地壓危險(xiǎn)。

判別工作地點(diǎn)沖擊地壓危險(xiǎn)性的鉆粉率指數(shù)： 鉆孔深度/煤層開采厚度1.5 1.5～3 3 鉆粉率指數(shù)≥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(shí)，鉆孔數(shù)不應(yīng)少于5 孔，并取各孔煤粉量的平均值。

2.1.3 沖擊危險(xiǎn)指標(biāo)由礦井沖擊地壓防治組負(fù)責(zé)，以井田為單位按煤層分別測定，確定沖擊危險(xiǎn)指標(biāo)應(yīng)通過科學(xué)試驗(yàn)。

2.2 施工方法

2.2.1 鉆孔時(shí)，應(yīng)采用專用鉆架和鉆桿導(dǎo)向裝置，保證鉆孔直徑和方向。

2.2.2 鉆孔應(yīng)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(xiǎn)最大的檢測深度一般為3.5 倍采高，在此范圍內(nèi)，如已確定沖擊危險(xiǎn)，可停止探測。

2.2.4 鉆孔地點(diǎn)、孔距以及檢測時(shí)問技施工日的確定

預(yù)測沖擊危險(xiǎn)的鉆孔應(yīng)在保證安全的情況下布置在根據(jù)推測最可能發(fā)生沖擊地壓的地點(diǎn)。孔距與間隔時(shí)間按所測地區(qū)預(yù)先評定的沖擊危險(xiǎn)等級和地質(zhì)條件適當(dāng)調(diào)整。

2.2.5 檢測時(shí)應(yīng)記錄鉆孔時(shí)間、地點(diǎn)、深度、每米鉆孔的排粉量、施工中的動力效應(yīng)以及鉆孔地點(diǎn)的生產(chǎn)地質(zhì)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(qū)域

工作面順槽、 停采線前方50m 范圍、 各聯(lián)絡(luò)巷上口及巷道密集帶。

3.2 防治時(shí)間及周期

工作面開始回采時(shí)，防治時(shí)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(jīng)打煤粉鉆復(fù)查如果發(fā)現(xiàn)又有壓力積聚現(xiàn)象， 則進(jìn)行第二次超前爆破卸壓。 工作面推進(jìn)至停采線前方80～100m 時(shí)對該區(qū)域進(jìn)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(shí)施超前防治

在用鉆屑法測出所鉆區(qū)域有沖擊地壓危險(xiǎn)時(shí)，須對該區(qū)域進(jìn)行超前爆破卸壓。

1）在工作面煤壁前方20～100m 范圍內(nèi)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(lián)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(yán)格水炮泥和黃泥封孔，封孔長度不小于2m。

4）嚴(yán)格正向裝藥，嚴(yán)禁反向爆破。

5）嚴(yán)格“一炮三檢”、“三人連鎖”及灑水防塵制度，爆破時(shí)設(shè)好專人警戒，警戒線距爆破點(diǎn)不少于150m。 爆破后30 分鐘內(nèi)任何人員不得進(jìn)入警戒線內(nèi)。

6）放炮由專職持證放炮員執(zhí)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(shí)行高壓注水，以降低煤體的彈性性能和煤體的強(qiáng)度。

1）注水卸壓區(qū)域?yàn)楣ぷ髅婷罕谇胺?～150m 的煤體，并隨工作面的推進(jìn)而推移。

2）注水孔位置在巷道下幫，鉆孔直徑應(yīng)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(shí)間必須保證連續(xù)注水5～7 天，使煤體含水率達(dá)到4%以上。

4）嚴(yán)格按要求封孔，嚴(yán)禁出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

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

3.3.3 其它措施

設(shè)計(jì)在同一區(qū)段只布置一個工作面，減少煤柱的應(yīng)力集中，并采用對巷道加強(qiáng)支護(hù)等綜合措施。

4 結(jié)語

以上僅為煤礦預(yù)測和防治沖擊地壓常見的方法， 在礦井生產(chǎn)后，如有必要，生產(chǎn)單位應(yīng)和科研部門一道，對沖擊地壓進(jìn)行深入詳細(xì)的研究和觀測，制定專門的防治沖擊地壓安全技術(shù)措施，包括預(yù)測預(yù)報(bào)、合理開采、加強(qiáng)支護(hù)等綜合治理方法，以保證礦井的安全生產(chǎn)。