煤矿冲击地压灾害的预防和治理.doc

煤矿冲击地压灾害的预防和治理摘要:本文在分析华丰矿区地质开采环境特征的基础上探讨了冲击地压形成的内外因和内在斑裂产生的机理。建立健全了灾害预测防治体系提出了开采解放层、煤层注水、爆破卸压等治理防护措施。关键词:冲击地压防治灾害治理措施引子冲击地压是采场周围煤岩体在其力学平衡状态破坏时由于弹性变形能的瞬间释放而产生一种以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象。冲击地压是一种特殊的矿山压力显现。其显现强度特征一般为弱冲击、强冲击、弹射、矿震、岩爆、煤炮、冲击波、弹性振动等常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象;其发生突然剧烈冲击波力量巨大瞬间摧毁巷道、采煤工作面和设备伤击人员。新汶矿业集团华丰煤矿是一个具有水、火、瓦斯、煤尘、冲击地压等多种自然灾害的老矿井开采历史长生产条件较为复杂。随着生产水平的下移第5水平(-1100m水平)是目前的主要生产水平矿井地面表高+130m回采工作面采深达1140m开拓深度达1200余米。矿井煤岩层为单一倾伏向斜构造地层走向由NW—NNE渐变为NE—E倾向由E变为N及NW倾角32°~35°。华丰煤矿首次冲击地压发生在1992年3月8日2406(1)工作面上平巷标高为-538m。首次冲击以来共发生0.5级以上冲击地压28000余次1.0级以上冲击地压2900余次1.5级以上冲击地压490余次>2.0级以上的7次最大震级2.9级。其中共发生破坏性冲击地压107次造成工作面停产11次累计造成41人重伤7人死亡摧毁巷道2000余米平均顶底板移进1.2m两帮移进0.8m摧毁巷道500余米断面收缩率75%以上其中大部分顶底板闭合需要停产大修;累计破坏工作面长度400余米平均底鼓1.1m煤壁向老空区移进0.5m共损坏单体液支柱407根铰接顶梁503根严重损坏了多台设备、设施及多道通防设施累计造成直接经济损失850万元。因此加强煤矿冲击地压灾害的预防与治理工作是煤矿安全生产工作当中急需解决的重大问题。1冲击地压发生的原因冲击地压发生原因有内因、外因2种因素:内因包括煤层本身的物理属性、煤层原岩应力状态;外因包括采深、采动集中应力(主要为超前支承压力、煤柱集中应力等)、放炮诱发等。1.1冲击地压发生的内因(1)煤层具有冲击倾向性冲击地压的发生与煤岩体物理力学性质有直接关系。煤炭科学研究总院北京开采研究所对华丰煤矿4层煤冲击倾向性试验结果表明华丰煤矿4层煤具有强烈冲击倾向性其直接顶具有中等冲击倾向性[1]。(2)砾岩活动是发生冲击地压的主要力源华丰煤矿4层煤上方基本顶为70余米厚的砂岩层随着工作面的推进周期性跨落;其上为40余米厚的红土层随基本顶的跨落而弯曲下沉;再上部为500~800m的巨厚砾岩层砾岩层完整性较强抗压及抗拉强度均较大采后不易冒落下沉导致砾岩层与红土层之间产生离层空间。随着采空面积的加大巨厚砾岩层形成板状悬空岩梁砾岩层原来的应力状态发生改变从而增加了未采4层煤的应力水平。当板状砾岩层悬露面积达到一定程度后开始缓慢下沉并周期性断裂跨落砾岩层的断裂跨落对下部的煤岩体产生冲击载荷从而加剧了4层煤工作面煤体的应力集中程度导致4层煤工作面冲击危险增强因此巨厚砾岩层是发生冲击地压的主要力源。1.2冲击地压发生外因(1)采深大应力高华丰煤矿首次冲击地压发生在-538m水平垂深为668m即冲击地压发生临界深度为668m开采大于该深度就有可能发生冲击地压。目前矿井最大开采深度为1230m4层煤工作面开采深度已达970m已远远超过该深度。随着4层煤工作面采深的加大自重应力已超过4层煤的抗压强度较高的原岩应力易使煤体产生应力集中而破坏。(2)煤柱集中应力的影响为满足煤层防火的要求相邻采区之间和上下阶段之间留有采区和阶段隔离煤柱现场实测和数值计算结果表明4层煤柱应力集中峰值范围为7~12m当煤柱尺寸>12m后在煤柱内部将产生叠加应力从而为煤柱冲击提供了基础应力条件。(3)工作面采动集中应力和周期来压的影响观测结果表明4层煤工作面超前支承压力集中范围为5~35m应力集中系数为2.5但上方砾岩层的超前压力影响范围达120m。因此4层煤工作面采动集中应力对工作面影响较为明显。4层煤分层开采时上分层工作面周期来压强度最大达510kn/m2来压较为强烈。据不完全统计4层煤冲击地压83%发生在顶板来压期间且对工作面超前压力影响范围破坏最为严重。(4)工作面推采速度的影响回采工作面推采过大后工作面煤体集中应力得不到及时释放容易造成应力集中因此工作面推采速度也是影响冲击地压发生的因素之一。(5)放炮诱发回采工作面放炮容易造成煤岩体能量释放因此工作面放炮是诱发冲击地压的主要工序据统计华丰煤矿放炮