沖擊礦壓防治技術(shù)研究
摘要：隨著礦井向深部開采，各種動力災(zāi)害現(xiàn)象也涉繁出現(xiàn)。本文通過現(xiàn)場觀測、調(diào)查東榮二礦動力災(zāi)害現(xiàn)象，并查閱相關(guān)資料，分析東榮二礦動力災(zāi)害發(fā)生的機理、條件和特點，并借鑒國內(nèi)外先進的動力災(zāi)害預(yù)測及防治理論技術(shù)，設(shè)計出東榮二礦動力災(zāi)害控制方案。
0．前言
煤礦開采過程中，在高應(yīng)力狀態(tài)下積聚有大量彈性能的煤或巖體，在一定的條件下突然發(fā)生破壞、冒落或拋出，使能量突然釋放，呈現(xiàn)聲響、震動以及氣浪等明顯的動力效應(yīng)。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為煤礦動力災(zāi)害，是煤礦重大災(zāi)害之一。目前，我國的沖擊礦壓及礦震災(zāi)害十分嚴重，近年來，隨開采深度增加，此類災(zāi)害有加重的趨勢。在高突礦井沖擊礦壓現(xiàn)象所引發(fā)的災(zāi)害后果更為嚴重，已成為制約煤礦安全生產(chǎn)新的災(zāi)害，是煤礦行業(yè)發(fā)展的重大障礙。雙煤集團東榮二礦即是如此，在二水平17#煤層七面下料道進行巷修時，發(fā)生多次沖擊礦壓現(xiàn)象。
東榮二礦是始建于1995年，設(shè)計生產(chǎn)能力1.5Mt/a，2000年達產(chǎn)后又于2004年經(jīng)過擴建生產(chǎn)能力提升至2.4 Mt/a。隨著礦井向深部開采，礦井接續(xù)緊張問題的出現(xiàn)，造成回采巷道布置的不合理，從而使煤巖層應(yīng)力集中，礦山壓力現(xiàn)象顯現(xiàn)逐漸增大，并且出現(xiàn)了沖擊礦壓的動力現(xiàn)象。
通過對近期發(fā)生的4次沖擊礦壓事故現(xiàn)象調(diào)查發(fā)現(xiàn)，4次事故發(fā)生時的特點如下且基本相同：
（1）事故發(fā)生前沒有明顯前兆，速度快；
（2）事故發(fā)生時伴有巨響，有氣浪；
（3）事故發(fā)生后有大量煤體拋出，嚴重堵塞巷道，破壞嚴重。
4次事故的發(fā)生地點如圖1所示，從圖中可以看出4次事故的發(fā)生地點均在16層的殘留煤柱附近。
圖1 17層七面下料道沖擊礦壓事故統(tǒng)計圖
2. 東榮二礦沖擊礦壓事故原因分析
2.1形成原因
根據(jù)發(fā)生沖擊礦壓的地點所處位置初步分析，在南二下延采區(qū)17層七面下料道，上方為2005年末回采完畢的16層八面所遺留的煤柱，且屬于孤島煤柱，煤柱集中壓力大；該條巷道上幫又處在17層六面采空區(qū)保護煤柱內(nèi)，煤柱集中壓力也相當(dāng)大，該條巷道正處于此煤柱壓力增高區(qū)下。由于16層老頂均為砂巖，強度比較大，所以，老頂在16層八面的懸頂面積比較大，由16層八面遺留煤柱向17層六面采空區(qū)保護煤柱和17層七面下料道頂板傳遞壓力增大，且在17層六面采空區(qū)保護煤柱里造成應(yīng)力疊加，導(dǎo)致該煤柱所承受的壓力積聚增加，進而在17層七面下料道上幫出現(xiàn)礦山壓力增大。又因為16、17層之間的巖性均為砂巖，強度比較大，所以造成17層七面下料道上幫礦山壓力增大，上幫發(fā)生彈性變形。而東榮二礦在巷修時，采用了打木貼幫柱的支護方式，木支護屬剛性支護，木貼幫柱嚴重限制了巷道上幫的彈性變形，這就為形成沖擊礦壓創(chuàng)造了動力條件。
2.2誘發(fā)原因
由于16層九面的回采的采動影響，使16層老頂重新活動，產(chǎn)生地震波，16層九面回采至16層八面所遺留的煤柱右邊界時，遇到斷層，采面過斷層要放炮震動巖石層，產(chǎn)生震動波。地震波與震動波相互作用于17層七面下料道的頂板，震動波使貼幫木柱松動，地震波使頂板瞬時沉降，故形成沖擊礦壓的誘發(fā)條件。
表1 常用治理措施匯總表
類別
防范措施
解危措施
防護措施
作用
原理
避免形成高度應(yīng)力集中，避免產(chǎn)生能量積聚的條件，預(yù)先改變煤巖沖擊傾向
降低應(yīng)力梯度，創(chuàng)造能量釋放條件，破壞煤巖結(jié)構(gòu)
避免造成災(zāi)害事故
措施
名稱
開采解放層
合理的開拓開采布置
煤層預(yù)注水
煤層9 7 3 1 2 4 8 : 來源：安全文化網(wǎng)
超前松動爆破
頂板預(yù)注水
頂板超前爆破
煤層卸載注水
煤層卸載爆破
煤層松動爆破
煤層卸載鉆孔
頂板爆破處理
底板爆破處理
加強支護
寬巷掘進
爆破工藝制度控制
結(jié)合東榮二礦實際情況以及地質(zhì)資料分析確定，16層的殘留煤柱50m范圍內(nèi)為應(yīng)力增高區(qū)，該區(qū)域以下的17層七面以及七面下料道為沖擊礦壓發(fā)生區(qū)域。針對此區(qū)域，在未發(fā)生沖擊礦壓但存在發(fā)生危險的區(qū)段采用常用的治理措施，考慮到現(xiàn)場作業(yè)條件及經(jīng)濟因素確定采用煤層卸載注水的方法來降低煤層中的高應(yīng)力；在已發(fā)生過沖擊礦壓的區(qū)段，為了防止更嚴重的沖擊礦壓事故發(fā)生，設(shè)計了側(cè)拱切護式U型鋼可縮支架來對該特殊區(qū)段進行支護以保證巷道的正常使用。
4.結(jié)語
（1）現(xiàn)場工業(yè)實驗結(jié)果表明，該治理措施有效地制止了東榮二礦17層七面下料道中沖擊礦壓事故的再次發(fā)生，必免了災(zāi)害性事故的蔓延，給東榮二礦的安全生產(chǎn)做以保障，同時有著明顯的經(jīng)濟效益。
（2）經(jīng)過此次事故的發(fā)生，讓該礦認識到了合理布置采準巷道的重要性。
5.參考文獻
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[3]隋豪杰，高旭東.沖擊礦壓影響因素與發(fā)生條件分析[J].煤礦開采，2007，74（1），61～63
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