神新公司冲击地压防治研究与实践

神新公司冲击地压防治研究与实践

李新华1，王洪民1，蓝航2

(1.神华新疆能源有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830027；2.天地科技股份有限公司，北京 100013)

摘要：针对神新公司冲击地压发生现状，提出了分阶段、分区域进行冲击地压综合防治的思路。基于不同冲击地压监测设备的特点，建立了冲击地压层次化综合监测技术体系，有效识别了冲击地压危险源；通过采前冲击地压危险性预评价和开采中冲击地压危险动态评价划分出了冲击地压危险区域；在此基础上，针对不同冲击地压危险源和危险区域制定了卸压解危处理方案，并采用综合方法对解危效果进行检验。实践表明，神新公司对冲击地压进行了有效防治，保证了矿井安全生产，取得了良好的经济和社会效益。

关键词：冲击地压；监测；防治；实践

DOI:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2015.0208

文章编号：1672-9315(2015)02-0181-06

收稿日期：*2014-12-20责任编辑：高佳

通讯作者：李新华(1972-)，宁夏灵武人，工程师，E-mail:4505799@qq.com

中图分类号：TD 324文献标志码： A

RockburstpreventionandpracticeforShenxincompany

LIXin-hua1，WANGHong-min1，LANHang2

(1.Shenhua Xinjiang Energy Limited Liability Company，Urumqi 830027,China；

2.Tiandi Science and Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013,China)

Abstract:According to the occurrence situation of rock burst in Shenxin company，comprehensive rockburst prevention idea in stages and regions is put forward.Based on the characteristics of different rockburst monitoring devices，comprehensive monitoring technology of rockburst hierarchical system is established，and the rockburst hazard sources are effective identified.The rockburst danger areas are divided through the pre-mining assessment and during-mining dynamic evaluation for rockburst.The relieving stress treatment scheme is developed according to the different rockburst hazard sources and the danger zones，and using the comprehensive methods to test the controlling effect.Practice shows that Shenxin company effectively prevents rockburst，ensuring the safety production of coal mine with good economic and social benefits.

Key words:rockburst；monitoring；control；practice

0引言

冲击地压发生的影响因素复杂，任何一种监测手段由于其自身的局限性都不能完全做到精确监测，更不可能通过某一种监测方法实现对冲击地压的准确评价和预测[1-3]。合理的监测方法是首先进行矿井区域监测，监测范围为整个矿井的采动影响区域，区域监测可确定矿井局部重点监测区域，局部重点区域监测结果不能确定具体位置时，可采用点监测确定某个位置的危险程度[4-5]。神华新疆能源有限责任公司(以下简称神新公司)所属井工煤矿开采侏罗系煤层，目前在开采缓倾斜厚煤层(宽沟煤矿)和急倾斜特厚煤层(乌东煤矿、碱沟煤矿)中出现了冲击地压现象，轻则造成巷道破坏、重则造成人员伤亡，严重威胁了矿井安全生产。随着采深不断增加，地应力和采动应力水平不断提高，冲击地压危险持续上升。为保障开采安全并积累深部开采期间冲击地压防治的技术经验，神新公司从2011年开始，针对不同的煤层赋存条件开展了冲击地压的系统研究和防治实践，取得了较好的效果。

1冲击地压防治思路

神新公司冲击地压防治的总体原则为：防治结合、先防后治、以防为主。冲击地压防治思路为分阶段、分区域进行冲击地压防治，即优先进行冲击地压区域防范设计，以冲击地压危险预评估为基础，分阶段和分区域进行冲击地压的动态防治。总体思路如图1所示。

图1　冲击地压防治思路 Fig.1　Rockburst control idea

冲击地压区域防范设计就是从煤层开采顺序、煤柱留设、开采方法等方面考虑，设计冲击地压危险最小的开采方案。冲击地压危险预评价就是在采掘工作面开工前预先进行冲击地压危险性评价，划分危险区域。对于评价有冲击地压危险的区域，提前制定冲击地压防治预案。分阶段进行冲击地压防治就是将防治工作分成开采设计、准备和回采3个阶段分别进行，在开采设计阶段力求从源头上消除冲击地压危险；在准备阶段划分出冲击危险区域，提前做好冲击地压防治预案；在开采阶段要根据监测数据分析结果及时发现冲击地压危险源并采取解危措施。分区域进行冲击地压防治就是根据预评价结果将采掘空间划分为强、弱和无冲击危险区，针对不同冲击地压危险区域采用不同的巷道支护方案、开采推进速度、卸压解危措施等，保证在冲击危险区域的安全。对冲击地压的动态防治就是在开采过程中对监测方案、解危措施和参数不断进行调整优化并对解危措施实行效果检验，以达到最有效和最经济的防治目的。

2冲击地压危险源层次综合监测体系

根据冲击地压各种监测手段不同的特点和实用范围，在神新公司各冲击地压矿井从简单到复杂，由点及面，再到体，并结合常规矿压监测手段，逐步建立和完善了“矿井区域监测-局部重点监测-点监测”的冲击地压危险源层次综合监测体系，如图2所示。

图2　冲击地压监测体系 Fig.2　Monitoring system for rockburst

3冲击地压类型划分

采用冲击地压危险源层次化监测技术，在神新公司冲击地压矿井现场进行了长期监测，根据长期的监测数据和分析结果确定了冲击地压致灾源，将神新公司发生的冲击地压分为3种类型。

3.1工作面坚硬顶板悬顶型冲击地压

宽沟煤矿B4-1煤层上方直接顶为坚硬厚层砂岩，不易自行垮落，随工作面推进，顶板在工作面后方形成悬顶，顶板压力转移到工作面前方煤体中，煤体中积聚了大量的弹性能，在煤体自身为强冲击倾向性的内在因素，并在外加动载的扰动下造成冲击地压[6]。W1143工作面“10.8”冲击地压灾害就是由于顶板处理不及时，加之开采速度过快，应变能急剧增大而来不及释放的情况下发生。

3.2巷道应力叠加型冲击地压

宽沟煤矿B4-2煤层和B4-1煤层层间距只有15 m,由于B4-2煤层开采不完全，B4-1煤层工作面受到B4-2煤层停采线和采空区的影响，造成应力多次叠加，B4-1煤层煤体处于应力高度集中和能量积聚状态，再受到开挖造成应变能的进一步增加的影响时，容易出现巷道应力叠加型冲击地压。E1146下顺槽掘进工作面“7.2”冲击地压显现就是受到3次开挖扰动影响。

3.3岩柱撬动型冲击地压

乌东煤矿南采区单翼B1+2和B3+6两层煤同水平同时开采的状况造成了两煤层中间的岩柱在两侧采空条件下，受到岩柱自重和水平构造应力的联合作用，产生了对B3+6煤层的“撬杆效应”，煤层受到“撬动力”而产生应力集中是冲击地压的主要致灾源。如+500 m水平B3+6工作面“2.27”冲击地压就属于岩柱撬动型冲击地压。

4冲击地压危险动态评价技术体系

图3　宽沟煤矿E1148工作面冲击地压危险区域划分 Fig.3　Rockburst danger area partition for E1148 working face in Kuangou coal mine

4.1冲击地压危险预评价

在冲击地压矿井采掘工作面进行采掘活动前，根据影响冲击地压发生的自然因素和开采技术因素采用动态权重评价方法进行综合评价，确定出工作面的冲击地压危险等级，并划分出冲击地压危险区域。图3和图4所示分别为在宽沟煤矿E1148工作面和乌东煤矿南采区+500B3+6工作面根据动态权重评价方法划分出的冲击地压危险区域。

图4　乌东煤矿南采区冲击地压危险区域 Fig.4　Rockburst hazard area in southern mining area of Wudong coal mine

4.2冲击地压危险动态评价

针对已划分出的冲击地压危险区域，在开采过程中对重点区域进行现场探测，以进一步圈定危险范围，并为解危措施的制定提供依据。图5为针对图3中的危险区域Ⅵ(多个采空区应力叠加影响区)，采用煤层CT探测技术对煤体应力异常区域进行了探测，并根据应力异常分布进一步划分了危险区域。冲击地压危险的动态评价是在冲击地压危险预评价的基础上，有的放矢地对冲击地压危险区域进行解危，保证了解危措施的经济和有效。

图5　冲击地压危险的动态评价 Fig.5　Dynamic evaluation of rock burst (a)煤层CT探测的煤体波速分布结果 (b)冲击地压危险区域的进一步圈定

5冲击地压解危技术

5.1冲击地压解危方法选择

根据不同冲击地压类型的主要致灾源，必须采取有针对性的解危措施，并进行解危效果检验，以确保解危到位，危险消除。针对工作面坚硬顶板悬顶型冲击地压，主要采取：①工作面架间切顶爆破。在宽沟煤矿针对B4-1煤层坚硬厚层顶板条件，及时切断顶板，消除悬顶影响(图6)[7-8]。②工作面端头顶板预裂爆破。在宽沟和乌东煤矿对坚硬厚层顶板进行提前预裂，使之能及时垮落(图7)。针对巷道煤体应力叠加型冲击地压，主要采取：煤层大孔径钻孔卸压。在宽沟煤矿对煤体应力集中区域进行卸压，释放或转移煤体应力(图8)。针对急倾斜煤层岩柱撬动型冲击地压，主要采取：①岩层高压注水。在乌东煤矿采用岩层高压注水软化和预裂岩体，对岩柱应力集中区域进行卸压(图9)。②岩柱爆破。在乌东煤矿采用深孔爆破及时切断岩柱，消除“撬杆”效应(图10)[9]。

图6　工作面定期架间爆破处理坚硬顶板 Fig.6　Regularly blasting to treatment hard roof between supports in working face

图7　工作面顺槽超前预裂爆破处理坚硬顶板 Fig.7　Working face crossheading advanced hard roof treatment of pre splitting blasting

图8　顺槽掘进过应力叠加区域解危措施 Fig.8　Preventing measures for roadway through stress superposition region

图9　急倾斜煤层层间岩柱石门注水孔剖面图 Fig.9　Injection water hole profile in rock pillar cross-cut between steeply dipping coal seams

5.2冲击地压解危效果评价

如图11所示，采用包括岩石力学法、地球物理法、常规观测和实验室测试方法在内的冲击地压解危效果综合检验技术，对不同冲击地压解危方法的效果进行综合评价，既保证了解危效果的有效性，也为选择合理的解危方法提供依据。

图12为采用煤体CT探测技术对工作面切顶前后的工作面前方煤体内应力异常区域进行比较，结果表明切顶有效减小了工作面前方的高应力区，解危措施有效。

图10　急倾斜煤层层间岩柱石门爆破孔剖面图 Fig.10　Blasting hole profile in rock pillar cross-cut between steeply dipping coal seams

图11　冲击地压综合解危效果检验体系 Fig.11　Test system of comprehensive settlement risk effect for rockburst

图13为采用微震监测方法对岩柱注水过程中围岩微震事件频次及能量进行的对比。结果表明，岩柱注水后围岩高能微震事件的频次显著降低，而低能微震事件显著增加，说明岩层高压注水有效降低了围岩活动的剧烈程度，冲击地压解危效果良好。

在上述冲击地压解危措施的实施下，神新公司下属的宽沟煤矿和乌东煤矿冲击地压灾害得到有效控制。宽沟煤矿W1143工作面从2011年3月初开始试验推进，期间经历了几次冲击地压显现事件和“双工作面见方”、“三面孤岛”等危险时期，2012年3月安全采完本工作面，未发生冲击地压灾害。自2010年“10.8”冲击地压灾害后，宽沟煤矿已累计安全推进3 800 m，采完4个工作面。乌东煤矿南采区从2013年7月开始开展冲击地压的系统防治研究，目前+500水平B3+6工作面已安全经过了多个危险区域，累计安全推进1 200 m.

图12　W1143工作面切顶效果的CT检验 Fig.12　CT test of the effect of cut roof for W1143 working face (a)切顶前煤体应力异常探测　(b)切顶后煤体应力异常探测

图13　注水效果的微震检验 Fig.13　Microseismic test for the effect of injection water

6结论

通过对神新公司冲击地压防治思路的确立，建立了冲击地压层次化综合监测技术体系，准确识别了冲击地压的类型及产生机理，采用动态权重评价方法进行综合评价，确定出工作面的冲击地压危险等级，并划分出冲击地压危险区域。针对不同冲击地压危险源和危险区域制定了卸压解危处理方案，并采用综合方法对解危效果进行检验。实践表明，神新公司对冲击地压进行了有效防治，已取得了显著的阶段性效果，保证了矿井安全生产，取得了良好的经济和社会效益，为下一步进入深部开采的冲击地压防治工作奠定了基础。

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