矿井冲击地压灾害分析、探测和预防措施

郭晓庆

（郑州华辕煤业有限公司，河南 新郑451171）

0 概况

我国最早记录的冲击地压于1933 年发生在抚顺胜利煤矿，北京、开滦、抚顺、南桐、枣庄、大同、鹤岗、鸡西等地方煤矿都发生了严重的冲击地压。 截至2005 年，我国发生冲击地压的矿井已达110 多个。 我国国有煤矿大多建于上世纪五六十年代，随着时间的推移和矿产资源开采向深部转移，这些矿井将逐步进入深部开采，冲击地压灾害问题将更加严重、更加突出。 由于冲击地压的发生机理和影响因素极其复杂， 目前尚未建立比较符合实际的冲击地压发生及破坏过程的理论，因而影响了对冲击地压的预测、预报和防治。

李粮店矿区主要开采二1煤层，埋深353～1261m，标高为-240～-1170m，李粮店矿区由于本矿井煤层埋藏深，所以对地压提出以下分析、探测和预防措施。

1 本矿井冲击地压危险因素

1.1 地质因素

1.1.1 开采深度

开采深度的加大使地应力值增加。一般在达到一定开采深度后才开始发生冲击地压，此深度称为冲击地压临界深度。 临界深度值随条件不同而异，一般大于200m，总的趋势是随采深增加，冲击危险性增加，由于煤体内的应力几乎与采深成正比，因此，采深越大，煤体的应力越高，煤体变形和积聚的弹性潜能也越大。

1.1.2 地质构造

构造应力的作用可以使发生冲击地压的临界深度明显减小，在构造应力集中的构造地带，构造应力能促使发生冲击地压。

1.1.3 煤岩结构和物理力学特性

煤层较硬，易发生脆性破坏，则煤层具有冲击倾向性；煤层顶板坚硬并有大面积悬顶时，会使煤体承受较高的支承压力，容易发生冲击地压；煤层底板强度较高，会由于顶底板对煤层的夹制作用，使煤体承受较高的压力作用，易于积聚能量。

1.2 开采技术因素

1.2.1 煤柱

留煤柱偏小所形成的应力集中是发生冲击地压的条件之一，也是瓦斯突出的影响因素之一。 因此，应尽可能不留煤柱或在需要的情况下，留设较大的煤柱，防止应力集中。

1.2.2 巷道布置

同一区段内布置多个工作面相向或相背回采，形成三面或四面采空区，易于形成冲击地压。

1.2.3 巷道交岔点

巷道交岔点多，易形成多处支承压力叠加而导致冲击地压。

1.2.4 放炮

放炮后，煤体应力重新分布，使部分煤柱应力增加，进入极限平衡状态或破坏其平衡，从而释放弹性潜能。

2 用钻屑法对工作面进行冲击倾向及冲击危险性程度探测

钻屑法(煤粉钻孔法)是通过在煤层中打小直径(41～50mm)钻孔，根据排出的煤粉量及其变化规律以及有关动力效应鉴别冲击危险的一种方法。

2.1 冲击危险指标

2.1.1 检测指标由煤粉量、深度和动力效应组成

煤粉量是每米钻孔长度所排出的煤粉的质量，单位为kg。

深度是从煤壁至所测煤粉量位置的钻孔长度，可折算成钻孔地点实际采高的倍数，动力效应是钻孔产牛的卡钻、孔内冲击、煤粉粒度变化等现象。

2.1.2 用钻树率指数方法判别工作地点冲击地压危险性的指标

在表1 中所列的钻孔深度内，实际钻粉率达到相应的指标或出现钻杆卡死现象，可判所测工作地点有冲击地压危险。

判别工作地点冲击地压危险性的钻粉率指数： 钻孔深度/煤层开采厚度1.5 1.5～3 3 钻粉率指数≥1.5 2～3 ≥4

正常钻粉量是在支承压力影响带范围以外测得的煤粉量。测定煤层正常钻粉量时，钻孔数不应少于5 孔，并取各孔煤粉量的平均值。

2.1.3 冲击危险指标由矿井冲击地压防治组负责，以井田为单位按煤层分别测定，确定冲击危险指标应通过科学试验。

2.2 施工方法

2.2.1 钻孔时，应采用专用钻架和钻杆导向装置，保证钻孔直径和方向。

2.2.2 钻孔应尽量布置在采高中部，平行于层面，垂立于煤壁。

2.2.3 确定冲击危险最大的检测深度一般为3.5 倍采高，在此范围内，如已确定冲击危险，可停止探测。

2.2.4 钻孔地点、孔距以及检测时问技施工日的确定

预测冲击危险的钻孔应在保证安全的情况下布置在根据推测最可能发生冲击地压的地点。孔距与间隔时间按所测地区预先评定的冲击危险等级和地质条件适当调整。

2.2.5 检测时应记录钻孔时间、地点、深度、每米钻孔的排粉量、施工中的动力效应以及钻孔地点的生产地质条件， 并绘制钻孔位置示意图。

3 冲击地压的防治措施

3.1 防治区域

工作面顺槽、 停采线前方50m 范围、 各联络巷上口及巷道密集带。

3.2 防治时间及周期

工作面开始回采时，防治时间从煤壁前方20～100m，以10 天为一周期，全部超前爆破卸压，卸压后经打煤粉钻复查如果发现又有压力积聚现象， 则进行第二次超前爆破卸压。 工作面推进至停采线前方80～100m 时对该区域进行超前爆破卸压。

3.3 冲击地压的防治措施

3.3.1 用超前放震动炮的方法对工作面冲击地压实施超前防治

在用钻屑法测出所钻区域有冲击地压危险时，须对该区域进行超前爆破卸压。

1）在工作面煤壁前方20～100m 范围内的巷道下帮每隔3～5m 打一钻孔，钻孔直径42mm，孔深度6～8m，钻孔平行于煤层倾斜方向，距底板1.0～1.2m。

2）每孔装药10～15 块，用2～3 个雷管单孔并联引爆，炸药为安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药。

3）严格水炮泥和黄泥封孔，封孔长度不小于2m。

4）严格正向装药，严禁反向爆破。

5）严格“一炮三检”、“三人连锁”及洒水防尘制度，爆破时设好专人警戒，警戒线距爆破点不少于150m。 爆破后30 分钟内任何人员不得进入警戒线内。

6）放炮由专职持证放炮员执行，安全放炮距离不少于150m。

3.3.2 煤层高压注水

为确保最大限度地工作面取得防冲击地压效果，必须在工作面超前煤体中实行高压注水，以降低煤体的弹性性能和煤体的强度。

1）注水卸压区域为工作面煤壁前方0～150m 的煤体，并随工作面的推进而推移。

2）注水孔位置在巷道下帮，钻孔直径应不小于42mm，深度不少于20m，间距10m，钻孔方向平行煤层层理，高度距底板1.1～1.2m。

3）开始注水压力15MPa，以后保持在7MPa，注水时间必须保证连续注水5～7 天，使煤体含水率达到4%以上。

4）严格按要求封孔，严禁出现漏水现象。

5）采用煤层预注水方法时，对不同的注水参数和施工条件以及不同的煤层条件，均比分别进行含水率分布情况实测工作，以检查注水效果。

3.3.3 其它措施

设计在同一区段只布置一个工作面，减少煤柱的应力集中，并采用对巷道加强支护等综合措施。

4 结语

以上仅为煤矿预测和防治冲击地压常见的方法， 在矿井生产后，如有必要，生产单位应和科研部门一道，对冲击地压进行深入详细的研究和观测，制定专门的防治冲击地压安全技术措施，包括预测预报、合理开采、加强支护等综合治理方法，以保证矿井的安全生产。