煤矿冲击矿压监测与防治的实践与研究

煤矿冲击矿压监测与防治的实践与研究

黄泽群

鸡西杏花煤矿黑龙江鸡西158100

摘要：煤矿冲击矿压实质是煤岩体能量积聚与释放的过程，它是一个动态的过程。因此冲击矿压的防治也应是一个动态的过程，其防治过程必须使得煤岩体中所积聚的弹性应变能达不到最小冲击能，从而防治冲击矿压的发生。电磁辐射能够反映煤岩体中所积聚的能量，卸压爆破可以释放能量。三河尖矿按此思路实施的冲击矿压动态防治技术，取得了良好的效果。

关键词：冲击矿压；监测；动态防治

1、前言

冲击矿压的治理是当今国际采矿界一大难题。为此徐矿集团公司与矿共同研究决定，先后于2000年以来中国矿业大学等单位合作，进行《高冲击危险区冲击矿压系统动态防治研究》等项目的研究工作。项目主要以三河尖煤矿冲击矿压危险最大的7204和9202工作面为研究现场。在分析三河尖煤矿冲击矿压危险的基础上，采用电磁辐射法和钻屑法对冲击矿压进行预测，并根据预测结果及时实施了相应的解危工作。在7204后、9112，9112外、7139，7111、7109，9202等具有冲击危险的工作面应用，实现了安全开采。

2、冲击矿压的主要特征及防止现状

2.1冲击矿压的特点分析

煤矿冲击矿压发生的特征：一是突然性。主要表现为冲击矿压发生前没有明显的征兆；二是瞬时性。主要表现为发生过程极为短暂，一般持续时间为10秒以内；三是破坏性，表现为煤层冲击、顶板冲击、底板冲击等相互组合，片帮和煤炭抛出，顶板断裂下沉、底鼓、破坏巷道支护，造成人员伤亡；而且在多种采矿和地质条件下发生过冲击矿压。三河尖煤矿西翼坚硬顶板区域冲击矿压还具有下列特点：

（1）西翼区域发生的冲击矿压不仅与其采深有关，还与顶板断裂状态有关；在其回采时，这种顶板垮落须多次断裂失稳。该区域浅部的工作面，顶板厚度相对较大，断裂失稳次数相应较多，冲击矿压现象并不明显。而当采深超过SSOm后，工作面顶板厚度尽管相对较小，但在顶板断裂或失稳过程中发生冲击的次数却很多。

（2）受回采影响，巷道冲击多发生在采面前方2~50m的超前巷道，这种冲击就有20次。有的还发生在采空区后方巷道，该现象在7110工作面回采期间就发生4次。

2.2冲击矿压的防治现状

三河尖煤矿的破坏性冲击矿压大部分发生在西翼，煤层埋深在550m以下的开采区域，鉴于2000年以前发生的冲击矿压已经造成了严重的后果，破坏巷道累计达到1700多米，因此进行防治冲击矿压的研究是十分必要的。特别是西翼9202工作面开采深度已达840m，上覆有7煤7202工作面残留的煤柱，应力集中程度相当严重。为了防治冲击矿压，保证煤层的安全开采，课题组对9202工作面掘进和回采期间可能存在的冲击矿压危险性进行动态防治研究并采取了相应的措施，即在进行冲击危险性分析、监测预报等基础上，对冲击矿压危险进行了治理，从而取得了较好的效果。

3、冲击矿压监测技术

三河尖矿根据多年来冲击矿压防治经验，结合研究的成果，在冲击危险区域实施了相应的监测技术，该技术包括电磁辐射法、钻屑法、微震法等方法。

3.1电磁辐射法

众所周知，煤岩变形破裂时，将会产生电磁辐射现象。它是由煤体各部分的非均匀变速变形引起的电荷迁移和裂纹扩展过程中形成的带电粒子产生变速运动而形成的。煤矿采掘空间形成后，采掘工作面煤体失去原有的应力平衡，处于不稳定状态。煤壁中的煤体必然要发生变形或破裂，向新的应力平衡状态过渡，这种过程会引起电磁辐射。这一情况在采煤工作面顶板断裂之后形成内外应力场过程中，将更为明显。工作面前方的煤体由松弛区域到应力集中区，应力越来越高，因此电磁辐射信号也越来越强；在应力集中区，应力达到最大值，因此煤体的变形破裂过程也较强烈，电磁辐射信号最强。进入原始应力区，电磁辐射强度将有所下降，且趋于平衡。采用非接触方式接收的信号主要是松弛区和应力集中区中产生的电磁辐射信号的总体反映。电磁辐射的参数和煤的应力状态有关，应力高时电磁辐射信号就强，电磁辐射频率就高，应力越高，则冲击危险越大。电磁辐射强度和脉冲数两个参数综合反映了煤体前方应力的集中程度的大小，因此可用电磁辐射法进行冲击矿压预测。

监测时间：每班监测一次，每点监测时间2分钟；若采用系统检测时，则为连续监测。

监测方式：选定15个点进行定点监测或选定某一相对定点进行连续监测。测点的布置方式：因为采场周围的应力分布是不均匀的，冲击矿压一般发生在工作面及前方100m范围。观测点的布置原则是既要监测工作面的区域，又要监测两巷。而应力集中程度高的区域，则是重点监测区域，对于重点区域，要多布置一些测点。故测线间距可定为10一15m。

对某定点观测的区域，如果电磁辐射上升至临界状态，必须采取爆破卸压措施；同时对电磁辐射法监测的高冲击危险区域，可用钻屑法做进一步的检测，进行对比分析；在实施松动卸压爆破时，对所实施卸压爆破的区域或地段进行卸压爆破前后的电磁辐射监测，将监测结果进行比较，以确定卸压爆破的效果。

3.2钻屑法

该方法的基本理论和最初试验始于20世纪60年代，其理论基础是钻出煤粉量与煤体应力状态具有定量的关系，即其它条件相同的煤体，当应力状态不同时，其钻孔的煤粉量也不同。当单位长度的排粉率增大或超过标定值时，或在钻孔过程上出现动力效应时，即可判别应力集中程度和冲击危险性的程度。

对于一定条件下的煤体，在正常应力作用下，不同钻孔深度的煤体的应力状态是不同的，此时钻孔的煤粉量也不相同。当煤层的应力集中程度增加或应力状态异常时，钻孔的煤粉量将发生改变。根据煤粉量的变化，即可预测煤体的受力状态，并进一步预测冲击危险性。钻屑法实施需要以下过程：

（1）通过对受采掘活动影响较小的同一煤层相近采区或区段中实施煤粉钻孔，检测标准煤粉量；

（2）在具有冲击危险区域实施煤粉钻孔，检测相应参数及记录钻孔过程中的动力现象，根据已确定的标准煤粉量和理论计算确定极限煤粉量和危险煤粉量；

（3）根据以上确定标准煤粉量和极限煤粉量、危险煤粉量，判断各个钻孔的煤粉量是否达到或超过危险煤粉量，在此基础上进行冲击危险预测。

根据三河尖矿近几年来的冲击矿压防治实践，在具有冲击危险的地点，处于7，9煤中的工作面其标准煤粉量随煤层及孔深的不同其值也不同。但总体上呈应力越高、煤粉量越大，钻孔深度在达到应力高峰区前，煤粉量随钻孔深度的增加而加大。

3.3微震法

矿山震动是由于地下开采引起的，是岩体断裂破坏的结果。与大地地震相比，震中浅，强度小。震动频率高，影响范围小，故称之为微震。采矿微震具有震动能量小，对应地震里氏震级0~4。5级；振动频率低，大约10~50Hz；振动范围宽，从弱的几百米到强的几百公里。

4、结束语

三河尖煤矿针对冲击矿压现象显现频繁的特点，研究建立利用电磁辐射法以及微震法等冲击危险的监测体系，提出并实施了冲击矿压动态防治技术，最终建立了一套切实可行的适合在高冲击危险区域冲击危险的系统动态监测及治理技术及其体系。

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