衝擊地壓預測、防治技術的應用

　　衝擊地壓預測、防治技術的應用

　　山東能源臨礦集團古城煤礦

　　(2012年5月9日)

　　尊敬的煤監局各位領導：

　　上午好!首先感謝省煤監局提供了這次兄弟單位之間相互學習交流的機會，根據會議安排，我把古城煤礦的基本情況和防衝工作開展情況彙報如下：

　　一、礦井概況

　　古城煤礦是臨礦集團在濟寧礦區建設的第一對礦井，也是受衝擊地壓威脅嚴重的礦井。礦井於2001年1月投入生產，核定生產能力為220萬噸/年。礦井采用立井、暗斜井多水平開拓方式，地麵標高+50米左右，共分三個水平，第一水平-505米，第二水平-850米，第三水平-1030米。目前第一水平已回采完畢，第二水平剩餘可采儲量不足20萬噸，主要生產水平為三水平，最大采深超過1200米，開采工藝為條帶式綜采放頂煤。

　　礦井主采煤層為二迭係山西組3煤，平均煤厚8.5米。根據二水平和三水平的煤岩層衝擊傾向性鑒定結果，3煤為強衝擊傾向性煤層，其頂底板為弱衝擊傾向性岩層。通過對鑽孔資料03manbetx ，距3煤360米以上有一層60～80米厚的侏羅係紅色細粒砂岩，440米以上有一層70～114米厚的中粒砂岩，經專家03manbetx ，巨厚堅硬岩層的彎曲、斷裂是形成衝擊地壓或礦震的根源。

　　礦井地質構造複雜，斷層多，至今共揭露斷層300多條，衝擊地壓的發生也與斷層存在一定的聯係。

　　二、防衝工作開展情況

　　古城煤礦自2004年發生衝擊地壓以來，礦井即把衝擊地壓防治作為全礦安全生產的中心工作來抓。幾年來，我們根據防衝要求，積極健全防衝組織機構，不斷加大資金投入，引進先進監測設備，開展科技攻關，逐步完善防治措施，衝擊地壓防治能力穩步提高。

　　一是強化防衝隊伍建設，健全防衝組織機構。古城煤礦成立了以礦長為組長，總工程師、分管副礦長為副組長，相關專業副總工程師與部門負責人為成員的衝擊地壓防治工作領導小組，下設防衝辦公室，設專職防衝副總工程師，防衝辦共編製47人，負責監測監控、衝擊危險區劃定、編製防衝措施、大直徑鑽孔卸壓、鑽屑檢驗和其它卸壓解危工作。

　　二是建章立製，落實責任。為保證衝擊地壓防治工作的有效開展，礦印發了《古城煤礦防治衝擊地壓實施意見》，理順了防衝責任體係，健全了防衝工作安全責任製，對礦長、分管副礦長、總工程師及各級人員的防衝責任進行了詳細規定，明確了各相關部門的職責，對各部門相互協作進行了具體要求。

　　三是加大資金投入，配齊防衝設備。為滿足防衝需求，古城礦於2007年引進波蘭“SOS”微震監測係統，目前在1317工作麵、3203皮帶順槽各安裝一套衝擊地壓實時監測預警係統;同時配備了深孔鑽車兩台、架柱式鑽機7部、手持式鑽機12部，卸壓鑽具滿足防衝需要。

　　四是超前03manbetx 論證，嚴抓措施落實。針對礦井衝擊危險逐步增大的實際，在委托北京科技大學編製32采區防衝設計的基礎上，又對3203、3205、3301工作麵的衝擊危險進行單獨論證，根據評價結果，製定專項防衝措施，通過嚴格按照設計布置工作麵、加大掘進斷麵、加強掘進巷道主動支護、大鑽孔卸壓、保持工作麵合理開采順序等手段，有效降低了動力災害的發生。

　　三、衝擊地壓預測、防治技術的應用

　　㈠ SOS微震監測係統

　　隨著礦井衝擊地壓隱患的日趨凸顯，為進一步豐富監測手段，古城煤礦於2007年7月安裝波蘭礦山研究總院的SOS微震監測係統，該係統能夠監測礦山井下開采引起的震動事件。

　　應用效果：

　　1、能定位震動事件的平麵位置和深度，通過03manbetx ，宏觀劃定危險區，是一種通過微震事件綜合分析判定危險區域的監測方式。

　　2、每天成圖，直觀顯示震動事件的時間、平麵位置和具體標高，大致推斷3煤上覆高位關鍵岩層的運動情況，評估可能發生礦震的危險性。

　　3、通過對微震事件的分析，判定周期來壓規律，預報因周期來壓引發衝擊地壓的危險。以古城礦2109工作麵為例，由於工作麵支架工作阻力為4600KN，相對較小，周期來壓顯現時，支架活柱下縮明顯，采高不足，礦山壓力作用於煤幫上，導致煤壁片幫甚至架前冒頂，超前應力波及範圍廣，兩巷礦壓顯現明顯，易導致因周期來壓誘發衝擊地壓的危險。微震監測係統能捕捉周期來壓前、後礦山壓力由集中到減弱的過程，根據微震事件分布圖中微震事件的分布特點，對震動事件密集區域及時采取鑽屑法檢驗，如果存在應力集中，則立即進行鑽孔卸壓或加強支護、放緩推進度等防治措施。

　　4、使用微震監測係統大能量震動事件的統計功能，結合工作麵推進情況，通過分析大能量震動事件發生的平麵位置及深度，能基本判定高位關鍵岩層垮落步距，預測礦震危險。因此我們可以在工作麵推進到預測的位置前，有針對性的防範因高位關鍵層的垮落而引起的礦震動力災害。

　　㈡ 衝擊地壓實時監測預警係統

　　2009年10月在2103工作麵安裝應用了北京科技大學研製的衝擊地壓實時監測係統，該係統以連續監測兩條順槽一定範圍的煤層相對應力變化為基礎，通過應力變化實時監測和設定的預警數值，以雲圖和柱狀圖的形式直觀顯示應力集中程度，對工作麵的動力災害進行監測預警，判斷危險區域。目前在1317工作麵和3203工作麵周邊巷道各安裝一套監測預警係統正常運行。

　　1、係統安設情況

　　首先在兩順槽工作麵前方10m處開始布置鑽孔應力計，每條順槽最多可安設15組應力計，應力計垂直煤壁方向布置，每兩個為一組，長度分別是12m和17m，每相鄰兩組之間的距離為25m，鑽孔直徑45mm。

　　應力計所監測的範圍為工作麵前350m，根據巷道布局特點和應力分析結果，決定應力計安設在工作麵側或煤柱側，隨著工作麵的回采，最靠近工作麵的一組撤換到最遠一組的後麵，以此不斷往複循環。

　　測點布設平麵圖

圖16 鑽孔應力計布置平麵圖

　　鑽孔應力計布置平麵圖

　　2、主要功能及優點

　　⑴ 監測超前應力的波及範圍，隨著工作麵的連續推進，通過在現場安裝的各組應力計的讀數變化情況來直觀推斷超前應力的波及範圍。

　　⑵ 根據本係統的監測情況，發現應力升高區通過黃色甚至紅色預警進行警示，則立即實施二次卸壓解危工作。

　　⑶ 監測結果顯示直觀，地麵監測主機顯示器通過監測雲圖和柱狀圖的形式顯示現場應力變化情況。

　　⑷ 由於該係統實現了對衝擊危險區的連續監測，全麵替代了電磁輻射儀的各項功能，我礦自該係統正常運行後，已不再使用電磁輻射儀。

　　地麵主機顯示界麵

　　組應力變化曲線查詢界麵

　　各通道應力變化數據查詢界麵

　　㈢ 微震、實時監測係統以及鑽屑(孔)法監測相結合的綜合監測體係

　　依據微震、衝擊地壓實時監測係統判定出危險區域後，再利用打鑽孔的方式進一步檢驗應力集中程度，檢驗采用大鑽孔施工，起到既檢驗又卸壓的效果。

　　依據微震監測係統和衝擊地壓實時監測係統監測到的應力集中情況，對危險區每5～10m打一監測卸壓孔，孔徑110mm，深度20m，通過鑽進過程的卡鑽、吸鑽、煤炮等動力顯現情況，結合煤粉量情況，檢測礦山壓力集中程度，若存在應力集中，再加密鑽孔，如果加密鑽孔仍不能解除煤體高應力，則需要實施爆破卸壓，直至應力消除。

　　四、防治衝擊地壓的有效形式

　　㈠ 巷道布局方麵：優化采掘布局，合理安排采掘順序，從源頭上避免形成應力集中區。省內外多起衝擊地壓02manbetx.com 證實，在布局不合理的應力集中區進行采掘活動，極易發生衝擊02manbetx.com 。古城煤礦通過優化采掘設計，精確計算工作麵采寬和留寬，巷道布置在應力集中區以外，並合理安排采掘順序，避免相向作業，同向推進的工作麵保持一定的錯距等，有效降低了防衝難度。

　　㈡ 監測方麵：微震監測係統通過對采掘活動微震事件的定位，宏觀劃定了危險區域，衝擊地壓在線監測係統有效監測了工作麵兩順槽超前一定範圍的應力變化，再利用鑽孔進行驗證，基本摸清了應力集中區域和集中程度。

　　㈢ 治理方麵：以鑽孔卸壓為主、爆破卸壓為輔的卸壓方式，使應力集中區域向巷道周邊煤體深部轉移，避免了衝出式災害的發生，保護了巷道人員、設備的安全;衝擊危險區域進一步增加支護強度，掘進巷道加大主動支護強度，回采工作麵兩順槽采用懸浮式支柱、加大超前支護長度、支柱聯鎖防歪斜等，增強巷道抵禦衝擊的能力。

　　㈣管理方麵：防衝重點工作麵限製推進速度，移動變電站避開危險區存放，材料、設備的固定以及重點危險區域限製行人，重點崗位的個體防護等。

　　五、防衝工作存在的不足和技術難題

　　㈠ 采煤工作麵超前支護方式仍存在薄弱環節。總結古城煤礦發生的破壞性衝擊地壓中，近一半發生在回采工作麵兩順槽距采煤工作麵10～35m範圍內，所以回采工作麵防衝的重點是兩順槽超前支護範圍段。目前礦井兩順槽超前支護仍以單體支柱支護為主，通過以往發生的衝擊地壓來看，該支護方式抵禦衝擊能力較差。

　　古城煤礦曾在2008年使用過超前支架，由於該支架在移動過程中的頻繁升降，破壞了巷道的原有支護，再加上深井巷道斷麵回縮量大，現場適應性較差的弊端比較明顯，使用效果一般。

　　㈡ 煤層注水不到位。3煤孔隙率小，注水難度大，使這一既防衝又防塵的手段未能充分發揮作用。

　　㈢ 監測預報無法實現定量監測預報，預報準確率較低，微震監測分析尚不到位。

　　六、下一步工作打算

　　2012年後，古城煤礦全麵轉入三水平開采，最大采深超過1200米，防治衝擊地壓的難度進一步增大。今年3月，古城煤礦成立了三水平防治衝擊地壓技術攻關課題組，針對如何實現三水平大采深、高地壓條件下的安全開采，避免發生破壞性衝擊地壓進行專題攻關，以實現礦井不發生破壞性衝擊地壓的目標。

　　㈠ 進一步優化巷道布局，合理安排采掘順序

　　優化巷道布置方式，合理安排采掘順序，避免形成孤島采煤、相向采掘;開拓巷道、硐室盡量布置在堅硬岩層中，以降低衝擊危險，從源頭上避免形成應力集中區。

　　㈡ 轉變卸壓方式，提高卸壓質量

　　依靠專業防衝隊伍，借助熟悉鑽具和施工技巧、落實快、效果到位的優勢，逐步實現由回采期間卸壓向掘進期間卸壓的轉變，既避開與回采生產的相互影響，又提高深部巷道掘進過程的安全保障水平。

　　㈢ 嚐試煤體注水，增強卸壓效果

　　根據3205工作麵的煤體孔隙率實驗證明，煤體的孔隙率僅為3.5%，煤體硬脆，極易發生衝擊;且煤塵大，尤其是發生衝擊瞬間煤塵濃度高，存在引發次生02manbetx.com 的隱患，也損害職工身體健康。下一步，依賴專業防衝隊伍，進一步探索煤體注水措施，盡最大努力的做好注水工作，將采煤工作麵兩順槽鑽孔卸壓與煤體注水相結合，進一步研究注水工藝，采取靜壓與高壓相結合、多輪注水工藝，充分濕潤煤體，改變煤的物理力學性質，達到既卸壓又防塵的目的。

　　衝擊地壓是困擾古城煤礦安全生產的主要災害，古城煤礦按照自身的情況，進行了一些探索和嚐試，但也存在著許多的不足，我們希望通過此次會議，能夠向各兄弟單位學習更加先進的經驗和技術，也希望在座的各位領導多提寶貴意見和建議。

　　謝謝大家!