煤矿矿井深部开采冲击地压的分析研究与治理--学位论文.doc

煤矿矿井深部开采冲击地压的分析研究与治理摘要：通过对影响采煤作业时冲击地压发生内、外因的分析及预防，并结合古城煤矿矿井的生产实际情况，采取了相应的冲击地压预防措施。如电磁辐射监测、钻屑法监测、卸压爆破、编辑应急预案等综合预防的办法，有效地制止了采煤作业时的冲击来压，最终确保了煤矿的安全生产。关键词：深部；冲击地压；微震法；电磁辐射监测；钻屑法监测前言：从采矿业形成、发展到今天，煤岩动力现象一直伴随着有益矿产资源的开采。就地下开采而言,随着开采深度的增加，开采面积的不断扩大，冲击矿压等煤岩动力现象越来越频繁和强烈，对井下巷道、工作面、井下工作人员及地面建筑物等造成严重的威胁。全世界五大洲的矿山开采中，均出现过冲击矿压现象。但是，冲击矿压这种自然灾害是可以通过一定的技术手段进行预测和防治的。以下介绍一些当今比较成熟的防治方法。1冲击矿压分析1.1冲击矿压影响因素分析冲击矿压发生的原因是多方面的，但从总的来说可以分为三类，即自然的、技术的和组织管理方面的。根据2103工作面地质条件及生产技术，其冲击原因主要有以下几个方面。1.开采深度研究表明，随着开采深度的增加，煤层中的自重应力随之增加，煤岩体中聚积的弹性能也随之增加，统计分析表明，开采深度越大，冲击矿压发生的可能性也越大，见图1-1所示。可以确定，当深度H≤350m时，冲击矿压一般不会发生；当深度350m<H<500m时，在一定程度上冲击危险逐步增加。从500m开始，随着开采深度的增加，冲击矿压的危险性急剧增加。图1-1采深与冲击矿压的关系目前古城煤矿2103工作面开采深度已经超过-1000m，加地面标高采深达到1050m多。故对冲击矿压的影响非常大。2.顶板岩层结构特征古城煤矿2103工作面老顶为坚硬的中砂岩，厚度10.35m。研究表明，顶板岩层结构，特别是煤层上方坚硬、厚层砂岩顶板是影响冲击矿压发生的主要因素之一，其主要原因是坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在坚硬顶板破碎或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，形成强烈震动，导致顶板型冲击矿压的发生。3.煤岩的物理力学特性冲击地压发生的必要条件是煤层中能积聚较多的弹性能，所以强度高、弹性大、脆性大是冲击危险煤层的基本特征。煤的冲击倾向性是评价煤层冲击性的特征参数之一。2106工作面煤岩组合试样的单轴抗压强度（煤的平均值为26MPa，老顶的平均值为122MPa），动态破坏时间（平均48ms），冲击能量指数（平均5.51），弹性能量指数（平均2.07）。2103工作面煤岩的物理力学特性可以参考2106工作面测试结果。4.构造影响地质构造，特别是断层构造也是影响冲击矿压发生的重要因素之一。实践证明，冲击矿压经常发生在向斜轴部，特别是构造变化区，断层附近，煤层倾角变化带，煤层皱曲，构造应力带。当巷道接近断层或向斜轴部时，冲击矿压发生的次数明显上升，而且强度加大。例如在龙风矿50次冲击矿压中，36次（72%）与断层有关，62%是巷道接近断层时发生的，14%是巷道处于断层线附近，而只有10%是在巷道离开断层时发生的，其中34%发生在巷道距断层5~20m范围内的。图1-2为冲击矿压次数与巷道距断层距离之间的关系。图1-2冲击矿压次数与巷道距断层距离之间的关系2103工作面地质构造复杂，煤岩层总体为一向SE倾斜的单斜构造。南临F8与F5-3交叉断层，预计区内断层构造发育。根据三维地震勘探，皮带顺槽在掘进过程中会遇到3条断层，轨道顺槽会遇到2条断层。这些给2103工作面的安全生产带来了隐患。工作面地质构造变化区，断层附近是防冲的重点区域。5.开采因素的影响冲击矿压的影响因素除了地质因素以外，开采条件和生产技术条件也是很重要的影响因素。若由于采区内工作面的接替顺序、停采线位置、相邻区段留设煤柱尺寸等因素安排不当，将导致煤岩体应力高度集中，最易发生冲击矿压。2103工作面南为F8断层与已回采完毕的2102工作面，北临已回采完毕的2105工作面，尤其是2103皮带巷为沿空掘巷，受相临2105工作面采空区残余支承压力的影响，在本工作面顶板和煤体内已贮存大量的弹性能，冲击危险就很大，这样的工作面布置和接替顺序很容易导致煤岩体应力高度集中，加大了冲击矿压发生的几率。此外，回采工作面和采空区的大小对强矿压的影响是非常大的。对于条带式开采来说，由于两边都是实体煤，开始，顶板处于四周固体状态。当顶板初次断裂后形成三边固支状态，这种状态下，工作面的压力是最小的，强矿压危险性也是最小的。根据岩层移动理论，当采空区的宽度之和一般小于0.4倍的开采深度时，岩层的运动还没有完全影响到地表。2105工作面的长度为110m，开采深度在1050m左右。由此可知，当2105工作面开采后，其采空区的宽度为0.1倍左右的开采深度，岩层移动未达到地表。2103工作面的长度为110m，