煤矿冲击地压发生机理及防治措施

煤矿冲击地压发生机理及防治措施

居昌波曲乐明

山东省龙郓煤业有限公司山东省菏泽市274700

摘要：冲击地压控制措施不同于监测方法对煤层地质条件、开采技术条件适应能力强，控制措施必须结合实际开采条件，如与坚硬顶板有关的浅部矿井冲击地压控制措施主要是防止坚硬顶板中形成集中应力，一般可以采用顶板深孔爆破、顶板预裂爆破等具体措施。深部冲击地压矿井防冲的关键是控制采动煤体上覆岩层，因此，开采保护层等方法可有效控制冲击地压的发生。

关键词：煤矿冲击低压；发生机理；防治措施

1冲击地压的特征及破坏机理

冲击地压又被称之为岩爆，主要就是煤矿在生产中巷道和采煤工作面周边的岩体在应力的作用下将变形能释放，使得岩体产生破坏以及垮落等情况，同时还有很大的震动以及声音，会对支架造成损坏以及冒顶等问题，对于生产会造成很大的影响。冲击地压有着突发性以及瞬时爆炸和一定的复杂性等特点。岩体在受到采动对其的影响，局部应力产生变化，将原始的应力情况变为二维或者多维状态，巷道或者相应的煤矿采掘面周边的压力降低，煤岩体呈现出一定的脆性，并且煤矿内部结构也会产生碎裂，这样煤岩体由于内部的破坏而出现软弱层，将所有的能量在煤岩体中聚集，应力从平衡状态朝向动力状态发展，若是受到外界对其的影响，这种平衡状态被破坏而将能量释放，并且煤岩体从自由面被抛，使得地压事故产生。

2对冲击地压产生的原因与理论分析

2.1冲击地压理论

（1）强度理论。最早的理论研究中表明采场周边应力集中的情况比较严重，煤岩体所能够承载的压力达到最大值，岩体在被破坏时就会出现冲击地压的情况。当前的研究理论认为，一些应力突然变大或者阻力降低，使得煤岩体产生一定的运动破坏，煤岩体产生抛射，造成冲击地压的产生。因此，煤岩体自身的应力大于或者等于系统的强度是冲击地压产生的主要条件。（2）能量理论。对于能量理论中通常认为矿体和围岩所释放的能量是造成冲击地压的主要能量。随着当前矿业的发展，使得整体的系统平衡受到很大的损害，冲击地压所产生的基础条件就是释放的能量比消耗的能量大。（3）冲击倾向理论。煤岩介质自身存在的破坏力称之为冲击倾向，冲击倾向通常需采用相应的数据将冲击地压所产生的可能度作为冲击倾向度。（4）组合理论。若是冲击倾向以及能量和强度理论同时能够满足相应的要求，这是作为冲击地压产生的主要基础条件。我国煤矿产生的冲击地压其条件主要就是强度高以及脆性大等。

2.2冲击地压发生原因

冲击地压主要产生的外在原因就是高应力基础上，动力源的不断积聚，内因是煤岩体存在一定的能量同时瞬间释放一定的破坏能力。

3地质概况

丰峪煤业隶属霍州煤电集团，核定生产能力120万t/a。2015年10月10该煤矿发生冲击地压事故，2235上平巷从2015年6月20日开始掘进施工，截至冲击地压事故日掘进平巷已推进施工480m，仅剩余18.0m贯通。2235工作面斜长130m，安装有86组液压支架。基本支架类型为ZF5400/17/28型放顶煤液压支架，支架初撑力31.5MPa，工作阻力为5400kN（p=38.2MPa），支护强度大于0.8MPa；端头支架ZFG5600/18/28型过渡放顶煤支架，上、下端头各3架，支架初撑力31.5MPa，工作阻力为5600kN（P=38.2MPa），支护强度0.89MPa。2235工作面上、下顺槽标高为-840m、-920m，地面标高为+128m。

4冲击地压事故发生原因分析

4.1煤层具有冲击倾向性

对2235工作面所在煤层进行冲击倾向性的鉴定，鉴定结果如表1所示。从表1数据可知，2235工作面所处的四层煤具有强烈冲击倾向，直接顶具有中等冲击倾向性，这是该工作面发生冲击地压事故的重要依据。保护层开采完成后，对于2235工作面来讲，2235下平巷位置正处于保护层应力强烈释放带上，因此没有发生冲击地压危险的可能；但是2235上平巷却正好处于保护层应力的恢复带上，导致了2235上平巷围岩应力变高，为10月10日的冲击地压事故提供了基础条件。

表1冲击倾向性鉴定结果表

4.2断层活化因素分析

（1）冲击地压力源分析

监测结果表明本次冲击地压力源点标为（3201，4304，-857），震源中心处在该掘进工作面前方10m四层煤底板下55m，距2235上平巷开采线150m。在该冲击地压力源点上有一F2断层，该断层长度119m、落差1.6m、倾角60°，贯穿于2235上平巷道，有一条正断层贯穿掘进巷道，其走向垂直于上顺槽，将该断层命名为F2断层。

（2）断层活化发生冲击地压机理

煤体应力和支承压力在断层活化前保持着临界平衡，当掘进施工至接近断层时，微弱的采动都会影响到之间的平衡状态，造成局部高应力区承载力失效，从而就会导致断层开始活化。断层活化的类型主要有两种：第一种为走向断层及落差较小断层，该类型断层自身的最大承压能力较小，工作面掘进期间随采随动，但是活化积聚的能力较小，无大能量释放，不会发生破坏性冲击地压。第二种类型为倾向断层及落差较大断层，该类型断层自身的最大承压能力较大，当其活化积聚的能量到达一定程度就会进行释放，从而容易发生冲击地压事件。

4.32234工作面沉降不充分

该煤矿四层煤第一个综放工作面为2234，处于2235工作面的上区段。地表沉降观测数据显示沉降量为0.75m，对于2233工作面的沉降量的2.55m，数据上小了1.8m。充分说明了2234工作面顶板上部的砾岩存在着沉降不完全的现象，同时还以多层悬臂梁的模式作用在2235上平巷的区域范围内。这也是本次冲击地压事故发生的原因。

5冲击地压防治措施

该次冲击地压对巷道破坏较大，为防止冲击地压事故发生，研究制定了针对性防治措施。第一步：停止2235上平巷的掘进施工，贯通剩余18m煤柱。实施措施：在掘进头平行布置两个长10m钻孔，进行爆破卸压，现场施工第一个卸压钻孔时，钻进5m煤粉量增大，钻进困难并引发一次冲击地压，冲出煤粉15t左右。证明该区域范围内确实存有强剪切带，这与上述分析一致。根据强剪切带范围，中区域是50~100m。第二步：在2235上平巷底板掘一条副巷，必须要采用大面积深孔爆破作业来对卸压消除强剪切带，然后再贯通掘进头剩余的18m煤柱。大面积深孔爆破卸压措施：四层煤顶板卸压孔，孔长40m，仰角角度38°，垂直于四层煤；四层煤底板卸压孔，孔间距2m，每个孔装药量20kg，每8个孔为一组起爆。

6卸压效果分析

2016年1月5日至2016年1月29日共打卸压孔150个，装药量为3331kg，见表2所示。

表2深孔爆破统计表

微地震监测数据表明，本次大面积深孔爆破卸压措施共释放能量15.8×106J，此时对2235上平巷掘进头应力进行检验，煤粉量小于2.1kg/m，符合剩余18m煤柱进行贯通的应力安全指标。

结束语

对霍州煤电集团丰峪煤矿2235采煤工作面发生的重大冲击地压事故进行原因分析，四煤层本身具有强烈冲击倾向性、采深大、应力高是发生冲击地压的必要条件。F2断层的活化是主要的力源，2235上平巷掘进头处于强剪切带范围内也是事故发生的重要因素。针对本次冲击地压事故丰峪矿提出的防治冲击地压的新措施，卸压效果表明该措施切实可行。

参考文献:

[1]张阳,高召宁,郑志伟,潘继良,张立洋.煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出转化机制[J].煤炭技术,2017,36(06):148-150.

[2]李仁周.彭庄煤矿1309工作面冲击地压防治卸压孔解危施工技术[J].山东煤炭科技,2017(05):75-76+83.

[3]张振涛,王光民.矿井冲击地压防治探究[J].山东工业技术,2017(10):110.

[4]姜福兴,刘懿,杨伟利,温经林,张益超,刘心广,马幸福.郓城煤矿冲击地压与载荷三带关系研究[J].采矿与安全工程学报,2017,34(03):405-410.