陕西彬长矿区冲击地压防治现状

刘育晖，张 晔，赵 恒

(咸阳市煤炭工业局，陕西 咸阳 712000)

陕西彬长矿区冲击地压防治现状

刘育晖，张 晔，赵 恒

(咸阳市煤炭工业局，陕西 咸阳 712000)

通过全省冲击地压专项调研，详细掌握了陕西省冲击地压发生情况，包括冲击地压矿井分布、灾害发展过程与特点，预测了灾害发展趋势。总结了陕西省冲击地压矿井地质及开采条件特点，研究了各条件与冲击地压灾害的关联性。从鉴定、评价、防范、监测、解危、管理、监管及研究等8个方面全面总结了陕西省冲击地压防治现状。最后，立足陕西省冲击地压矿井特殊条件，分析了冲击地压防治工作中面临的主要难题，并提出了相应对策。

彬长矿区；冲击地压；防治；现状

冲击地压除了自身的巨大破坏性，还可诱发煤与瓦斯突出、煤层自然发火、水害等次生灾害。随煤炭资源开采深度和开采强度的增加，冲击地压已成为煤矿开采领域面临的主要灾害之一。目前，我国冲击地压矿井数量已由1985年的32座，增长至目前的近200座。据不完全统计，2003年至今，我国煤矿冲击地压事故已累计造成400余人死亡，上千人受伤，破坏巷道数万米，财产损失巨大[1]。陕西省为我国主要的产煤大省，但绝大多数开采煤层的埋深较浅，在相当长的时间内未见有冲击地压灾害。“十一五”以来，彬长煤田深部区和麟北煤田煤炭资源相继开发，水、火、瓦斯、冲击地压、顶板、地热等多种灾害集中爆发，而冲击地压问题尤其突出，目前已发展成为制约矿区安全生产的主要灾种之一[2-7]。由于陕西省早期并无冲击地压案例及应对经验，在灾害防范、治理及监管方面均需要不断探索。为全面掌握陕西省冲击地压发生及防治现状，于2017年开展了全省冲击地压专项调研，为灾害治理与监管提供了充分依据。

1 陕西彬长矿区冲击地压发生概况

1.1 冲击地压矿井数量及分布

截至2017年7月，陕西省冲击地压矿井共计12座，分布于咸阳市长武县、彬县和宝鸡市麟游县境内。陕西省冲击地压矿井中，生产矿井有7座，建设矿井有5座，总产能达到47.8Mt/a。据不完全统计，截至2017年7月，陕西省煤矿累计发生冲击地压约90次。

1.2 冲击地压灾害发展过程及特点

冲击地压在陕西省煤矿出现的时间相对较晚，直到2013年彬长煤田深部区和麟北煤田大规模开发，冲击地压灾害才开始凸显，但之后冲击地压矿井数量井喷式增长，灾害形势急剧恶化，短短4a内即成为陕西省煤矿主要灾种之一。

据调研，2013年1月，陕西彬长集团胡家河煤矿在准备402103工作面时首次发生冲击地压，现场表现为煤炮频繁且剧烈，煤块弹射严重，顶底板瞬间大变形，锚索断裂频繁等。随着矿井开采强度和开采范围的增大，冲击地压灾害日趋严重[2-3]。2014—2017年，与胡家河煤矿相邻的高家堡煤矿、亭南煤矿、孟村煤矿均发生了不同程度冲击地压，其中高家堡煤矿和孟村煤矿在大巷掘进期间就有显现。麟北矿区最早投产的为崔木煤矿和郭家河煤矿，在其生产过程中均有不同程度的动力显现。可见，陕西省煤矿冲击地压灾害具有出现时间晚、爆发时间短、灾害严重、灾害矿井集中等主要特点。

1.3 冲击地压灾害发展趋势分析

彬长煤田深部区和麟北煤田处于大规模开发初期，基建矿井仅有掘进工程，生产矿井采掘范围和采空区面积相对较小。根据我国冲击地压矿区灾害发展规律，随着两大深部煤田煤炭资源的持续开发，矿井采掘范围持续扩大，采掘深度不断加大，采空区面积不断增多，影响冲击地压发生的因素将不断增多，多因素、多灾害耦合致灾机制更为复杂，分析认为，陕西省冲击地压矿井数量将进一步增加，冲击地压发生频次和强度也将增大，应引起企业及监察监管部门的重视。

2 彬长矿区冲击地压矿井地质及开采条件

(1)煤层埋深 彬长煤田冲击地压矿井煤层埋深普遍较大，其中亭南煤矿煤层最大埋深达到700m，胡家河煤矿、小庄煤矿煤层最大埋深均达到800m，孟村煤矿煤层最大埋深接近900m，高家堡煤矿煤层最大埋深超过1200m，以上煤矿是陕西省冲击地压的主要发生地。麟北煤田冲击地压矿井煤层最大埋深一般在600m左右。

(2)煤层特性 彬长煤田4号煤层强度较高，单轴抗压强度可达20MPa以上，普遍具有弱或强冲击倾向性。

(3)地质构造及地应力水平 彬长煤矿及麟北煤田主要受大型宽缓褶曲控制，水平构造应力大，地应力水平高。

(4)瓦斯条件 彬长煤田深部区和麟北煤田各冲击地压矿井均为高瓦斯矿井。

(5)水文条件 彬长煤田深部区和麟北煤田各冲击地压矿井普遍面临矿井水害，多数矿井水文地质条件类型为复杂型。

(6)自燃条件 彬长煤田1号，4号煤层及麟北煤田3号煤层均为易自燃煤层。

(7)大巷布置 彬长煤田及麟北煤田冲击地压矿井中，多数将大巷和准备巷道布置在了具有冲击危险性的煤层中。

(8)工作面巷道布置 为应对水、火、瓦斯等灾害，该区域矿井普遍采用“一面三巷”、“一面四巷”甚至“一面五巷”的工作面布置方式，导致巷道多、煤柱多，易引起应力集中。

胡家河、孟村、小庄、亭南等特厚煤层矿井，均采用了分层综放开采，工作面及巷道留有较厚底煤，不利于冲击地压防治。

由于彬长煤田4煤层底板为遇水极易膨胀的铝土泥岩，普通综放及综采工作面各巷道均留设一定厚度底煤，不利用冲击地压防治。

(9)回采工作面数量 彬长煤田及麟北煤田内已经生产的冲击地压矿井中，除了亭南煤矿为“一矿两面”，其余均为“一矿一面”。

3 冲击地压防治情况

3.1 冲击倾向性鉴定

12座冲击地压矿井均按照相关要求委托天地科技股份有限公司开采设计事业部(原煤炭科学研究总院北京开采研究所)等科研机构完成了煤岩层冲击倾向性鉴定。另外，邻近的文家坡煤矿、青岗坪煤矿、大佛寺煤矿、火石咀煤矿、下沟煤矿、燕家河煤矿也进行了煤岩层冲击倾向性鉴定。

3.2 冲击危险性评价

12座冲击地压矿井均开展了采掘区域的冲击危险性评价，理论评价方法包括综合指数法、动态权重法、经验类比法等，实测方法主要为地震CT法。亭南煤矿、崔木煤矿、高家堡煤矿等采用波兰PASAT-M便携式微震探测系统对回采工作面和煤柱进行了冲击危险源精确探测[8]，如图1，图2所示。探测结果中，灰度越大，应力越高，冲击破坏风险越大，由此可清晰地掌握工作面内冲击危险源的分布状态，为开展各项解危措施提供了直观的依据，适用性较强。

3.3 防冲设计及中长远防冲规划

12座冲击地压矿井中，除了个别基建矿井因矿井停工而尚未完成矿井防冲设计和中长远防冲规划编制外，其余冲击地压矿井均已完成。编制中长远规划对于矿井冲击地压防范具有重要意义，科学的采掘布局可对冲击地压静载荷源实现宏观调控，避免大规模应力集中，大幅度降低后期采掘过程中的冲击危险程度和防治难度。高家堡煤矿中央大巷全部设计布置在强冲击地压煤层中，因此开拓期间冲击地压频发。后经详细论证，决定将部分大巷调整至岩层顶板当中，同时调整了采区设计，将双翼开采调整为单翼开采，从而大幅降低了开拓大巷冲击风险。

图1 亭南煤矿207工作面冲击危险源地震CT探测成果

图2 崔木煤矿22302工作面冲击危险源地震CT探测成果

3.4 冲击地压监测预警

6座冲击地压矿井安装了微震监测系统，包括：胡家河煤矿、高家堡煤矿、亭南煤矿、孟村煤矿、郭家河煤矿、崔木煤矿、小庄煤矿。利用微震监测系统，各冲击地压矿井可分析冲击危险性演化趋势、判断采掘工作面扰动范围、确定采掘速度等。图3显示了胡家河煤矿401102工作面末采期间微震事件分布情况，该图清晰地显示了工作面回采对中央大巷及侧向工作面的影响。

图3 胡家河401102工作面末采期间微震事件

各矿井与科研单位开展预警指标研究，开发了适合于矿井自身的监测预警指标。图4为孟村煤矿联合天地科技股份有限公司开发的冲击地压危险预警效果，图4中○代表发生能级1.8的微震事件，◇代表发生能级2.0的微震事件。可见，大能量微震事件多发生在冲击危险指数较高的时段，对冲击危险有较好的预警作用。2015年8月31日，冲击危险性指数演化至最大值，当日发生冲击地压，之后指数迅速下降[6]。

图4 孟村矿井中央大巷监测预警曲线

5座冲击地压矿井安装了煤层应力在线监测系统，包括：高家堡煤矿、亭南煤矿、崔木煤矿、孟村煤矿、水帘洞煤矿。2座矿井安装了地音监测系统，包括：胡家河煤矿和水帘洞煤矿。7座冲击地压矿井采用钻屑法检测冲击危险性，包括：崔木煤矿、孟村煤矿、亭南煤矿、郭家河煤矿、小庄煤矿、水帘洞煤矿、蒋家河煤矿。1座矿井购置了电磁辐射仪，为郭家河煤矿。

3.5 冲击地压解危

据调研，12座冲击地压矿井共采用了5种冲击地压解危方法，包括煤层钻孔卸压、煤层爆破、顶板爆破、底板爆破、煤层注水。

9座矿井采用了煤层钻孔卸压方法，包括：胡家河煤矿(φ113mm)、高家堡煤矿(φ150mm)、崔木煤矿(φ133mm)、亭南煤矿(φ150mm)、小庄煤矿(φ133mm)、孟村煤矿(φ113mm)、郭家河煤矿(φ105mm)、水帘洞煤矿(φ120mm)、蒋家河煤矿(φ120mm)。3座矿井采用了煤层爆破方法，包括：崔木煤矿、高家堡煤矿、胡家河煤矿。4座矿井在天地科技股份有限公司人员指导下采用了顶板深孔预裂爆破方法，包括：胡家河煤矿、高家堡煤矿、崔木煤矿、亭南煤矿。2座矿井采用了底板爆破方法，包括崔木煤矿、亭南煤矿。1座矿井采用了煤层注水防冲方法，为胡家河煤矿。

3.6 防冲机构与制度

各冲击地压矿井均设置了专业防冲机构，明确了机构人员配置，部分矿井配备了专业防冲队伍，并制定了较为详尽的冲击地压管理制度。

3.7 监察监管

2016年7月，陕西省煤炭生产安全监督管理局组织有关专家对14处煤矿冲击地压防治工作进行了全面“技术会诊”，逐矿形成了“技术会诊”报告。2016年8月，陕西省安委会颁布了《陕西省煤矿冲击地压防治十条规定》，要求全省煤矿遵照执行。

3.8 技术研究

为应对严峻的冲击地压灾害形势，提升矿井自身治灾水平，依托天地科技股份有限公司雄厚的技术与装备力量、丰富的现场实战经验，高家堡煤矿成立了防治冲击地压研究所，孟村煤矿成立了冲击地压研究室，亭南煤矿成立了矿井灾害防治研究所，崔木煤矿成立了冲击地压防治办公室。

另外，其他冲击地压灾害严重的矿井也与天地科技股份有限公司、中国矿业大学等科研机构建立了合作关系，共同研究冲击地压灾害发生机理及防治技术。

4 冲击地压防治面临的难题及对策

(1)多灾害并存，防治方法相互制约 彬长煤田和麟北煤田矿井多灾害并存，水、火、瓦斯、冲击地压等主要灾害相互影响，导致防治难度加大[9-12]。例如，为有效防治瓦斯及水害，矿井一般不采用窄煤柱护巷，而“一面多巷”的布置方式导致区段煤柱总宽度加大，往往对临空巷道冲击地压造成不利影响。为此，亟需开展多灾害耦合条件下的窄煤柱护巷关键技术研究，以适应陕西省冲击地压矿井特殊地质条件。高家堡煤矿初次尝试了6m煤柱护巷技术，取得了较好效果，但仍需进一步试验。

(2)煤层硬度大，煤层应力监测及钻屑检测方法适应性差 由于彬长煤田深部区煤层硬度大，钻孔不易变形，钻屑法指标不敏感，煤层应力监测变化幅度小，现场应用效果较差，亟需开发适用于该煤田的高灵敏度监(检)测仪器与方法。

(3)多数大巷已布置在冲击地压煤层中，或与规程冲突 由于在矿井设计阶段未能考虑冲击地压问题，彬长煤田及麟北煤田矿井多在煤层中布置各类大巷和永久硐室，该布置方式或与《煤矿安全规程》相违背，但调整难度很大，亟需在《防治煤矿冲击地压细则》中详细说明。

(4)冲击地压专业技术人员数量及经验不足 由于陕西省冲击地压灾害出现时间较短，多数矿井冲击地压专业技术人员短缺，相关经验不足，对冲击地压认识程度不够，数据分析能力欠缺。为此，煤矿企业应建立冲击地压专项培训制度，明确培训的对象、内容与学时。

(5)部分矿井对冲击地压防范意识不强，重视程度不够 调研发现，部分处于建设阶段的冲击地压矿井管理人员对冲击地压灾害不够重视，在建设阶段开展防范措施的积极性不高，甚至刻意规避相关要求。针对该问题，监察、监管部门将依据国家相关法规及时查处，督促整改。

(6)对冲击地压相关规定的理解和执行程度不一 《煤矿安全规程》中冲击地压部分的相关要求不够明确，理解标准不统一。由于冲击地压矿井未实行分级管理，部分冲击地压灾害程度较轻的矿井不愿配备价格较高的监测系统，防冲措施也流于形式。

5 主要结论

(1)当前陕西省冲击地压矿井数量有12座，其中生产矿井7座，建设矿井5座，分布在咸阳市长武县、彬县和宝鸡市麟游县境内。首例冲击地压发生在2013年，具有出现时间晚、爆发时间短、灾害严重、灾害矿井集中等特点。

(2)陕西省冲击地压矿井均为新建大型矿井，开采煤层埋深普遍较大，构造应力高，煤层硬度大，同时面临水、火、瓦斯等灾害，复合灾害下冲击地压防治难度更大。

(3)陕西省冲击地压矿井采用的冲击危险性评价方法主要有综合指数法和地震CT法，监测方法主要有微震法和煤层应力法。由于彬长煤田煤层较硬，煤层应力监测和钻屑法适应性较差。解危方法主要有煤层钻孔卸压、煤层爆破及顶板爆破。

(4)陕西省冲击地压灾害出现时间晚，防治技术力量总体薄弱，专业技术人员匮乏，亟需加强人才培养工作。早期大巷布置方式与后期出台的法规相冲突，亟需相关解释。

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CurrentSituationofRockBurstPreventionandCureofShaanxiBinchangCoalMineDistrict

LIU Yu-hui，ZHANG Ye，ZHAO Heng

(Xianyang Coal Industry Bureau，Xianyang 712000，China)

According special investigate and survey of rock burst in all province，rock burst occurrence of all Shaanxi province was mastered in detail，which include rock burst coal mine distribution，disaster development and characters and disaster development trend was predicted.And geological and mining situation of rock burst coal mine in all Shaanxi province were summarized，the relationship between all kinds situation and rock burst was analyzed.The current situation of Shaanxi province rock burst prevention and cure were summarized in following eight aspects，which include authentication，evaluation，precaution，monitoring，disaster releasing，management，supervise and studying.At the last，based on special situation of Shaanxi province rock burst coal mine，the main difficulty problems of rock burst prevention and cure were analyzed，and the some corresponding countermeasures were put forward.

Binchang coal mine district；rock burst；prevention and cure；current situation

2017-08-01

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.06.023

刘育晖(1964-)，男，陕西礼泉人，高级工程师，总工程师，长期从事煤矿安全监管和煤炭生产技术工作。

刘育晖，张 晔，赵 恒.陕西彬长矿区冲击地压防治现状[J].煤矿开采，2017，22(6)：92-95，103.

TD324

A

1006-6225(2017)06-0092-04

潘俊锋]