關(guān)于召開 2024 山西省煤炭學(xué)會(huì)煤礦智能化委員會(huì)年會(huì)暨千人智庫科創(chuàng)服務(wù)站工作會(huì)的通知

同家梁礦自80年代以來在不同煤層和不同盤區(qū)都發(fā)生了沖擊壓力現(xiàn)象。掘進(jìn)工作面和回采工作面均有發(fā)生。尤以11^#311盤區(qū)回采工作面發(fā)生較多而且危害較大。通過分析認(rèn)為主要是由采掘所形成的支承壓力疊加而造成。此類沖擊壓力是兩硬條件下沖擊地壓的特殊形式，通過“支”、“放”、“卸”相結(jié)合的綜合防治措施，完全可以消除或降低沖擊壓力的頻率，減弱沖擊壓力的強(qiáng)度，減少所造成的破壞程度。

1、礦井概況：

      同家梁礦是一個(gè)有60多年開采歷史的老礦，開采煤層為侏羅系大同組，主要開采11#、12#和14#層，年產(chǎn)300萬噸，井田位于大同煤田向斜軸部的東南部。為近水平煤層，煤層厚1.7～3.6m， 層間距8～27m。煤層結(jié)構(gòu)簡單， 開采埋深300～400m。80年代以來均為綜合機(jī)械化長臂大冒頂開采方法，工作面傾斜長150m左右，間隔煤柱15～20m。采用盤區(qū)前進(jìn)式，雙翼開采方式。頂板結(jié)構(gòu)一般無偽頂，直接頂為粉細(xì)砂巖互層，厚2.5～5.5m， 普氏硬度系數(shù)F=9～16， 老頂為中粗砂巖， 厚6～10m， 普氏硬度系數(shù)F=6～12， 煤層硬度F=3～4。一般采取強(qiáng)制放頂管理老塘頂板，初次和周期來壓均顯現(xiàn)強(qiáng)烈，來壓步距16～34m，來壓強(qiáng)度系數(shù)1.3～1.8。

2、11^#311盤區(qū)臨空巷道的沖擊壓力的發(fā)生

      此區(qū)域?yàn)榈湫偷拿簩优c頂板的兩硬條件，也是發(fā)生沖擊壓力最頻繁且破壞性最大的盤區(qū)。（見圖一）

煤層穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，煤厚2.6～3.80m。直接頂粉細(xì)砂巖， 厚2.5～4.5m，老頂為細(xì)砂巖及中粒砂巖， 厚度大于8m。2000年12月3日，當(dāng)11#81116工作面推進(jìn)到260m時(shí)運(yùn)料巷突然發(fā)生了強(qiáng)烈的沖擊地壓，伴隨著巨大聲響，煤塵飛揚(yáng)，震感強(qiáng)烈。煤從巷道兩幫拋出，底板鼓起，臨空側(cè)嚴(yán)重于工作面?zhèn)取?/span>51.6m的巷道嚴(yán)重堵

圖1   11#層311盤區(qū)采掘平面圖(陰影部分發(fā)生沖擊地壓區(qū)域)

塞， 上部只有0.5～0.7m的間隙， (見圖2、圖3)， 巷道底鼓0.6～1.2m， 破壞范圍達(dá)120m。巷道兩幫炸幫達(dá)1.5～2.0m。巷寬由原來的3.40m擴(kuò)展至5.5～7.5m，而且頂板和煤層間仍有間隙，用直尺可以插入0.4～1.1m。支護(hù)破壞，但除零皮外， 頂板完整無損， 沖擊煤量有500多噸。工作面尾部40m，工作面煤壁有煤塵噴出和煤塊彈射，底板有1～2cm的地板裂縫，從尾部算第26個(gè)支架處鏟煤的工人被彈起摔下。距此處直線距離1500m的11#81015工作面亦有震感。這就是兩硬條件下沖擊地壓的特殊表現(xiàn)形式。距此次來壓又推進(jìn)7m，發(fā)生了第二次沖擊，其狀況較第一次輕。距需二次來壓又推進(jìn)9m，又發(fā)生了第三次大的沖擊壓力，顯現(xiàn)狀態(tài)略輕于第一次。距第三次來壓又推進(jìn)12m，又發(fā)生第四次大的沖擊壓力，其強(qiáng)度和破壞程度比第一次嚴(yán)重。此后每推進(jìn)22～50m就發(fā)生不同程度的沖擊壓力。工作面的煤爆是不斷發(fā)生。經(jīng)過分析研究，采取綜合措施后，逐步減輕了破壞程度。本工作面共發(fā)生大的沖擊壓力13次，盤區(qū)內(nèi)發(fā)生30多次，（治理后減輕的不計(jì)在內(nèi)）。

三、沖擊壓力事故的特征：

1、主要是煤層沖擊， 以突然、急劇、猛烈的破壞形式拋出煤體，底鼓嚴(yán)重，而頂板未受破壞。

2、強(qiáng)度大，破壞程度大，沖擊煤量200～500噸；

3、主要發(fā)生在臨空順槽與工作面交接處向外60m；

4、一般和采動(dòng)同步或稍滯后發(fā)生，由采動(dòng)誘發(fā)；

5、基本沒有預(yù)兆，難于事前準(zhǔn)確確定發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn)和強(qiáng)度。

6、埋藏深度并不大，只有300m左右；

7、頂板瞬時(shí)下沉后有回彈；

8、近距煤層群各層發(fā)生沖擊地壓主要以上層煤為主，發(fā)生的頻率，強(qiáng)度，自上而下逐漸減少，逐步降低；

9、3.0m以上  厚煤層的沖擊傾向大于2.0m及以下煤層。

四、成因分析：

      我礦開采煤層均為細(xì)砂巖和中粗砂巖頂板，巖石堅(jiān)硬，整體性強(qiáng)，一般采取強(qiáng)制放頂措施，但限于生產(chǎn)技術(shù)條件，一般處理冒落高度在4～5m左右，即處理了堅(jiān)硬的直接頂?shù)南挛粠r層。而10m厚老頂沒有很好處理，因而在煤柱內(nèi)和煤壁內(nèi)形成了較大的支承壓力；相鄰面老塘受煤柱支承，仍留有大的三角懸板，相鄰煤柱也較寬（20m），這就使臨空巷兩側(cè)煤柱的高應(yīng)力和回采過程中的超前壓力，三向應(yīng)力狀態(tài)下形成復(fù)雜的應(yīng)力疊加條件，便在一定范圍內(nèi)高度集中有大量的彈性能，暫處于亞穩(wěn)狀態(tài)。當(dāng)達(dá)一定極限時(shí)，生產(chǎn)過程的割煤、放炮和老頂大面積折斷，就誘發(fā)了彈性變性能的瞬時(shí)釋放，產(chǎn)生了突然、急劇、猛烈的破壞為特征的沖擊動(dòng)力現(xiàn)象。由于頂板堅(jiān)硬完整，煤體相對(duì)較弱，就形成以煤體拋出、位移，煤塊彈射而頂板未受破壞的表現(xiàn)形式。

所以，經(jīng)過觀察、分析、研究認(rèn)為，我礦形成沖擊壓力的條件主要是：

1、具有一定厚度的堅(jiān)硬頂板條件；

2、相鄰已采工作面在煤柱側(cè)留有三角懸板；

3、煤體較硬F=3～4，煤柱較寬20m，有形成支承壓力帶的條件；

4、煤層厚度大于2.5m；

5、上層沒有采空；

6、采掘部署和工作面設(shè)計(jì)不盡合理；

7、老頂斷裂瞬間出現(xiàn)的動(dòng)力載荷，有向工作面前方傳遞的條件；煤巖體不僅是載荷體，也是傳遞應(yīng)力的介質(zhì)體；

8、半徑30m范圍無斷裂構(gòu)造；$Page_Split$

五、結(jié)論及綜合防治措施：

      通過分析沖擊壓力的成因和研究其表現(xiàn)形態(tài)，認(rèn)為我礦發(fā)生的沖擊壓力是采動(dòng)重力型的沖擊地壓。不管是割煤誘發(fā)的或是老塘頂板斷裂的動(dòng)力載荷誘發(fā)的，特征有所不同，但均為采動(dòng)重力型。雖然在相同的地質(zhì)條件下和開采技術(shù)條件下，有些區(qū)域發(fā)生，有些區(qū)域則不發(fā)生，破壞也不盡相同，說明其煤巖體的物理，力學(xué)特性不同，承載巖體的面積和載荷亦不同，采動(dòng)所造成的彈性能積聚就不同，表現(xiàn)形式就不同。硬煤層中留設(shè)寬大的煤柱是產(chǎn)生應(yīng)力高度集中的溫床；臨空三角懸板是形成大量彈性能的很好條件；老塘懸板斷裂加載是釋放彈性能的誘發(fā)因素。所以有目的地研究我礦發(fā)生沖擊地壓的機(jī)理，搞清發(fā)生的原因，確定危險(xiǎn)波及的范圍，采取綜合的防治措施，是完全可以減少發(fā)生的頻率，減弱發(fā)生的猛度，降低沖擊的強(qiáng)度和限制破壞的程度，把沖擊性壓力的發(fā)生限制到最小的程度。我礦經(jīng)過幾次經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，采取“支”、“放”、“卸”等綜合的防治措施有效地治理有重大危害性的沖擊壓力，除第一面發(fā)生13次外，其它4個(gè)面僅發(fā)生不到20次。而且除11^#81116面的前四次未采取切實(shí)可行的有效措施，后來經(jīng)過治理后，逐步限制到了最小的破壞程度。并安全采出煤炭310萬噸，采出面積840000m²，沒有發(fā)生一起傷亡事故，也沒有發(fā)生一起影響生產(chǎn)的頂板事故。

支：保證工作面支架的完好性能并達(dá)到初撐力，強(qiáng)有力地支撐工作面頂板，嚴(yán)防切頂線前移。工作面炸幫較大時(shí)及時(shí)支貼幫單體柱。為增加對(duì)巷道頂板的支護(hù)強(qiáng)度，在臨空煤柱側(cè)每間隔1m支設(shè)一組叢柱，每組三根，光頭不帶帽。并在叢柱間加支一根帶帽木點(diǎn)柱，而且要在里側(cè)掛網(wǎng)。工作面?zhèn)鹊膮仓g距2m，叢柱間也支帶帽木點(diǎn)柱一根，超前支護(hù)范圍不小于150m。見圖4-1。兩端頭支設(shè)叢柱，并架設(shè)6m雙梁邁步走向抬棚。放：針對(duì)頂板特性，強(qiáng)化放頂工作。我們制定了工作面淺孔和兩順槽深孔爆破相結(jié)合的放頂方案。工作面淺孔是破壞直接頂，眼距6～9m，眼深6m，仰角65°，裝藥6～8Kg，分臺(tái)階放頂。當(dāng)炮眼口距切頂線0.6m時(shí)引爆。深孔如圖4-2、圖4-3所示布置，分別在工作面頭尾布置炮孔，破壞老頂在煤柱側(cè)的懸頂。在臨空巷深孔爆破是為了斷頂，以降弱老頂?shù)膫鬟f支承壓力，皮帶巷深孔爆破是提前破壞煤柱側(cè)的三角懸板，防止給下一工作面在煤柱里積聚支承壓力。提前100m打眼，距工作面3.0m時(shí)引爆。雙眼扇形布孔，眼深24m， 裝藥30Kg， 眼距20m。卸：在臨空巷兩幫煤體打卸壓孔并爆破卸壓。如圖4-2、圖4-2布置。提前100m打卸壓孔（50m范圍內(nèi)卡鉆桿無法打）。分兩段裝藥，每段裝藥200g，隨裝隨引爆。予爆破是在不破壞煤柱整體結(jié)構(gòu)的情況下，人為地增加和擴(kuò)大煤體裂隙，從而使積聚在煤體中的彈性能得以逐步緩慢釋放，降低沖擊能量，減緩沖擊地壓的形成條件。除此，我們還研究了煤層注水以增加塑性；在臨空巷破壞臨面老塘三角懸板的方案；調(diào)整采掘部署和工作面設(shè)計(jì)等方案。但限于各種因素及條件沒有實(shí)施。但僅通過上述綜合防治措施后，沖擊地壓的頻率明顯減少，沖擊強(qiáng)度顯著減弱，基本消除了對(duì)生產(chǎn)的危害。雖然增加了支護(hù)，卸壓和放頂?shù)某杀?，但?jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著?？梢哉f，我礦近幾年能夠安全穩(wěn)產(chǎn)，主要得益于11#311盤區(qū)（主采盤區(qū)）沖擊地壓的有效防治。

參  考  文  獻(xiàn)

1 礦山堅(jiān)硬巖體控制討論會(huì)論文集    1991.8

2 煤礦開采沖擊礦壓災(zāi)害防治        竇林名   2005.3