郑晓晨

(山东临矿集团古城煤矿防治冲击地压办公室，山东兖州 272100)

古城矿采煤工组面冲击地压防治研究①

郑晓晨②

(山东临矿集团古城煤矿防治冲击地压办公室，山东兖州 272100)

以五年时间内先后发生过35次冲击地压的古城煤矿为研究背景，结合古城煤矿条带式综采放顶煤开采特点，对采煤工作面冲击地压显现规律进行科学总结，提出行之有效的防治措施，经生产实践验证，在强化科学监测监控手段的基础上，采取合理的防治措施是解决该矿采煤工作面冲击地压的有效手段。

条带式;综采放顶煤;冲击地压

0 引言

近年来，随着我国煤矿开采深度的不断增加，深部开采中冲击地压显现越来越明显，冲击地压在我国煤矿频繁发生，造成了重大的人员伤亡和财产损失，冲击地压的预测与防治已成为煤矿安全生产中共同关注的一项课题。国内外学者和工程技术人员针对冲击地压的研究从未停止过，取得了一系列重大研究成绩，如波兰学者Z·舍楚符卡［1］针对波兰防治冲击地压的情况进行了科学系统总结，国内学者姜福兴［2］等提出的基于微地震技术实现冲击地压的监测和预报，潘一山［3］等提出针对不同煤体特征的冲击地压治理方案，但对于条带式综采放顶煤冲击地压的预测和防治一直缺少相应的研究。

古城煤矿是一座核定生产能力为220万吨的大型矿井，矿井地质构造复杂，地面建筑物多，采煤方法为条带式综采放顶煤，该矿自2004年11月25日首次发生冲击地压以来，以先后发生过35次冲击地压，这些事故都严重影响了矿井的正常生产。本文以该矿采煤工作面冲击地压实例为研究背景，对冲击地压防治展开了研究。

1 矿井概况及条带式综放特点

古城煤矿于2001年1月投入生产，井田面积16.66km2，矿井地质构造复杂，地面建筑物多，采煤方法为条带式综采放顶煤，2006年矿井核定生产能力为220万t/a。矿井采用立井、暗斜井多水平开拓方式，矿井共分三个水平，目前生产水平为第二水平－850m水平，采深已达1050m，局部达到1100m。矿井采用的支护工艺为开拓巷道锚网索喷支护，回采巷道锚网索梯支护。

主采煤层为3煤，平均厚度8.51m，煤层倾角10°～30°，其直接顶为1～3m厚的砂质泥岩，老顶为厚度达10～27.8m的中粗砂岩，3煤以上距3煤顶板360m有一层厚度为110m的红色巨厚砂岩层。根据煤炭科学院北京开采所以及中国矿业大学所做的煤层冲击倾向性鉴定结果可知，3煤层为强冲击性煤层。

古城煤矿条带式综放主要有以下几个特点：

1)采深大。目前身产水平为－850m水平，在如此采深遐进行条带式综合放顶煤开采在国内外较为罕见。

2)顶板厚度大。通过已开采的各工作面情况来看，古城煤矿各主采煤层普遍存在顶板厚度大的问题，这也为进行条带式综合放顶煤开采带来了新的难题。

3)经过古城煤矿生产实践表明，煤层硬度、采深、老顶厚度对冲击地压影响较大，二采高影响不大。

2 矿井冲击地压概况

古城煤矿自2004年11月25日在2106面首次发生冲击地压，到现在共发生冲击地压35次。经对破坏性冲击地压总结分析，在所发生的35次冲击地压中，放炮诱发的1次，占3%，受采空区顶板周期来压与工作面前方构造应力综合作用影响的30次，占86%，受采空区应力叠加影响的4次，占11%，具体见表1冲击地压显现情况统计表。

表1 冲击地压显现情况统计表

3 冲击地压原因分析及教训

基于冲击地压发生机理，综合分析古城煤矿冲击地压多发的原因有以下几点：

1)3 煤层的赋存情况是导致一系列冲击地压显现的根本原因和主要原因。(1)3煤具有强冲击倾向性。(2)煤层厚埋藏深、地压大，积聚的能量大，容易发生冲击地压。(3)3煤上覆岩层存在高位关键巨厚岩层。

2)回采工作面因老顶周期来压产生的超前支承压力与前方断层构造应力叠加引起冲击地压事故，矿井发生的大部分冲击地压属于此类情况。

3)经深入分析，认为在初期设计的巷道布置及采掘顺序方面存在以下问题：(1)由于对冲击地压危害的严重程度认识不足，未考虑到采面加宽后回采过程中会导致两采空区之间煤柱应力高度集中会诱发冲击地压，同时也未考虑到采面加宽后3煤上覆高位巨厚砂岩层大面积垮落时有发生冲击地压的可能性。(2)对冲击地压发生规律研究不到位，未对本区域的特殊性进行深入研究，为工作面缩面创造条件提前布置巷道的时间安排上片面相信以往冲击地压一般发生在超前工作面4～130m范围内的经验，致使掘进迎头与回采工作面相向施工，导致冲击发生时伤及掘进作业人员。

通过对一系列冲击地压事故发生原因的科学分析，得到以下教训和体会：

1)应高度重视冲击地压的防治工作，进一步加强防冲机构建设，增强防冲人员业务素质，通过自主摸索找规律以及与科研院所合作等多种手段，尽快提高分析能力，以指导现场作业。

2)在采掘布局方面：应制定长远的采掘规划，优化开拓布局，合理选择开采方法和巷道布置方式，避免形成孤岛采煤;开拓巷道、硐室尽量布置在坚硬岩层中，以此降低冲击危险，从源头上避免形成应力集中区。

3)在采掘顺序方面：杜绝采煤工作面与掘进迎头相向采掘的现象;相邻工作面同向推进时，必须保证设计所规定的错距。

4)在安全与生产关系方面：在无法回避的重点防冲区域要坚决做到先治理后采掘、不解危不采掘、不安全不采掘。

5)在支护方面：针对一系列冲击地压事故导致巷道严重变形的状况，需对圈定的冲击危险区进行宽巷掘进，并进一步加强巷道的支护强度。采煤工作面两顺槽超前支护段，需采取符合矿井实际的有效的支护方式，增强超前支护的强度，通过在冲击危险区使用加密锚索和新型悬浮式单体液压支柱能有效抑制事故的扩大。

4 目前采取的防治措施及效果

根据《煤矿安全规程》(2010版)［4］和《山东省煤矿冲击地压防治规定》(试行)，结合古城煤矿工程实际，制定以下防范措施：

1)针对矿井冲击地压隐患，对发生冲击地压事故的工作面进行封闭，工作面加宽区剩余部分不再回采，其余部分回采时重新制定防冲措施报上级有关部门审查，同意后方可回采。

2)强化监测监控手段。用微震监测划定区域范围，用电磁辐射确定异常区域，另外对异常区域安装钻孔应力计进行监控，并用钻屑法进行检验确定，经钻屑发现煤粉量超标或钻进异常时即进行卸压爆破。

3)治理措施及效果。(1)超前松动爆破。根据古城煤矿冲击地压发生在工作面超前应力集中带的特点，在工作面两顺槽距工作面150m范围内工作面侧的煤体每5m一个点，采用深孔爆破的方式进行超前松动爆破，以改变煤体结构，消除或减缓形成冲击危险的条件。(2)卸压爆破。工作面侧的煤帮在松动爆破的基础上，坚持采用电磁辐射监测和钻屑法监测冲击地压危险，对于监测到的冲击地压危险高的地段，进行第二次爆破，直至解除冲击危险为止。对于在煤柱侧煤帮，采用电磁辐射监测和钻屑法进行的监测，对监测到的冲击地压危险区域进行卸压解危。(3)煤层注水。目的是通过注水使煤体软化，从而改变煤体的物理力学性质，降低煤层冲击倾向和应力分布状态。煤层注水采用ZL－200型岩石钻机打眼，采用5D－2/150型煤层注水泵注水。

经监测表明，采用以上三项措施能有效治理古城煤矿冲击地压的工程难题，采取措施前后监测信息对比如表2。

表2 采取措施前后监测信息对比表

4)防范措施及效果。(1)支护方面：采面超前支护段采用悬浮式单体支柱，进一步增强支护强度。在工作面端头及超前支护支柱加穿木鞋，对单体支柱及支架全部更换大流量安全阀。(2)材料管理：工作面顺槽的材料必须存放在距工作面150m以外，单体支柱、铰接顶梁、支柱缸体等刚性材料必须使用防冲材料框配合钢丝绳将其绑扎固定在巷道的帮锚杆上，小型材料集中装箱存放，并将箱子固定好，以防止发生冲击地压时弹起崩伤人员。(3)固定串车：将串车的每辆车盘使用四条40t链子将串车固定在轨道上，另外在巷道内侧还必须用40T链子固定在巷道帮锚杆上。(4)设备打压柱：部分处于冲击危险区的设备，例如小绞车、溜子、转载机、破碎机等不仅要进行地锚加固，还要进行单体支柱加固，防止因冲击地压发生时，设备连同底板一起弹起伤人。(5)防锚索盘脱落：对两顺槽距工作面煤壁150m范围的锚索钢绞线外露部分均匀劈开，使用10#铁丝绑扎在支护金属网上，以防止在发生冲击地压时将锚索盘弹出伤人。(6)人员防范方面包括加强教育，增强防范意识，提高应急处置能力，以及对重点岗位采取的特殊保护措施，如集控司机在集控室内壁加海绵缓冲层等。

在采取一系列预测和防治措施后，发生过冲击地压的2103工作面现已安全回采630m，其他冲击地压工作面均生产正常。

5 结论

本次古城采煤工作面冲击地压防治研究表明：

1)用微震监测划定区域范围，用电磁辐射确定异常区域，对异常区域安装钻孔应力计进行监控，并用钻屑法进行检验确定，可有效实现冲击地压的监测和监控。

2)采用超前松动爆破、泄压爆破和煤层注水的治理措施，结合支护、材料管理、人员培训等多个方面的防范措施能实现冲击地压的有效防治。

3)在强化科学监测监控手段的基础上，采取合理的防治措施是解决条带式综采放顶煤冲击地压的有效手段，可为类似矿山提供借鉴。

［1］Z·舍楚符卡，左德堃.波兰煤矿中冲击地压的预防［J］.矿业安全与环保，1986，(6)

［2］姜福兴，杨淑华，成云海，等.煤矿冲击地压的微地震监测研究［J］.地球物理学报，2006，49 (5)：1511－1516

［3］潘一山，李忠华，章梦涛.我国冲击地压分布、类型、机理及防治研究［J］.岩石力学与工程学报，2003，22(11)：1844－1851.

［4］国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程［M］.北京：煤炭工业出版社，2010

Study on Prevention of Rock Burst in Strip and Fully Mechanized Sublevel Caving

ZHENG Xiaochen
(Shandong Linyi Mining Group Gucheng Coal Mine prevent rock burst office，Yanzhou Shandong272100)

Taking Gucheng coal mine where rock burst happened 35 times in five years as the research background，combining the features of strip and fully mechanized sublevel caving in Gucheng coal mine，where the rock burst law was summarized scientifically，the effective prevention measures were put forward.It is confirmed that taking suitable measures is an effective method of solving rock burst with the basis of powerful monitoring measures in strip and fully mechanized sublevel caving.

Strip mining;Fully mechanized sublevel caving; Rock burst

TD823.6

A

1672－7169(2011)－0030－04

2010－11－25

郑晓晨(1975－)，男，山东临矿集团古城煤矿防冲办副主任，主要从事冲击地压方面的研究工作。