陜西彬長礦區(qū)沖擊地壓防治現(xiàn)狀

劉育暉，張 曄，趙 恒

(咸陽市煤炭工業(yè)局，陜西 咸陽 712000)

陜西彬長礦區(qū)沖擊地壓防治現(xiàn)狀

劉育暉，張 曄，趙 恒

(咸陽市煤炭工業(yè)局，陜西 咸陽 712000)

通過全省沖擊地壓專項調(diào)研，詳細(xì)掌握了陜西省沖擊地壓發(fā)生情況，包括沖擊地壓礦井分布、災(zāi)害發(fā)展過程與特點(diǎn)，預(yù)測了災(zāi)害發(fā)展趨勢?？偨Y(jié)了陜西省沖擊地壓礦井地質(zhì)及開采條件特點(diǎn)，研究了各條件與沖擊地壓災(zāi)害的關(guān)聯(lián)性。從鑒定、評價、防范、監(jiān)測、解危、管理、監(jiān)管及研究等8個方面全面總結(jié)了陜西省沖擊地壓防治現(xiàn)狀。最后，立足陜西省沖擊地壓礦井特殊條件，分析了沖擊地壓防治工作中面臨的主要難題，并提出了相應(yīng)對策。

彬長礦區(qū)；沖擊地壓；防治；現(xiàn)狀

沖擊地壓除了自身的巨大破壞性，還可誘發(fā)煤與瓦斯突出、煤層自然發(fā)火、水害等次生災(zāi)害。隨煤炭資源開采深度和開采強(qiáng)度的增加，沖擊地壓已成為煤礦開采領(lǐng)域面臨的主要災(zāi)害之一。目前，我國沖擊地壓礦井?dāng)?shù)量已由1985年的32座，增長至目前的近200座。據(jù)不完全統(tǒng)計，2003年至今，我國煤礦沖擊地壓事故已累計造成400余人死亡，上千人受傷，破壞巷道數(shù)萬米，財產(chǎn)損失巨大[1]。陜西省為我國主要的產(chǎn)煤大省，但絕大多數(shù)開采煤層的埋深較淺，在相當(dāng)長的時間內(nèi)未見有沖擊地壓災(zāi)害?！笆晃濉币詠?，彬長煤田深部區(qū)和麟北煤田煤炭資源相繼開發(fā)，水、火、瓦斯、沖擊地壓、頂板、地?zé)岬榷喾N災(zāi)害集中爆發(fā)，而沖擊地壓問題尤其突出，目前已發(fā)展成為制約礦區(qū)安全生產(chǎn)的主要災(zāi)種之一[2-7]。由于陜西省早期并無沖擊地壓案例及應(yīng)對經(jīng)驗，在災(zāi)害防范、治理及監(jiān)管方面均需要不斷探索。為全面掌握陜西省沖擊地壓發(fā)生及防治現(xiàn)狀，于2017年開展了全省沖擊地壓專項調(diào)研，為災(zāi)害治理與監(jiān)管提供了充分依據(jù)。

1 陜西彬長礦區(qū)沖擊地壓發(fā)生概況

1.1 沖擊地壓礦井?dāng)?shù)量及分布

截至2017年7月，陜西省沖擊地壓礦井共計12座，分布于咸陽市長武縣、彬縣和寶雞市麟游縣境內(nèi)。陜西省沖擊地壓礦井中，生產(chǎn)礦井有7座，建設(shè)礦井有5座，總產(chǎn)能達(dá)到47.8Mt/a。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2017年7月，陜西省煤礦累計發(fā)生沖擊地壓約90次。

1.2 沖擊地壓災(zāi)害發(fā)展過程及特點(diǎn)

沖擊地壓在陜西省煤礦出現(xiàn)的時間相對較晚，直到2013年彬長煤田深部區(qū)和麟北煤田大規(guī)模開發(fā)，沖擊地壓災(zāi)害才開始凸顯，但之后沖擊地壓礦井?dāng)?shù)量井噴式增長，災(zāi)害形勢急劇惡化，短短4a內(nèi)即成為陜西省煤礦主要災(zāi)種之一。

據(jù)調(diào)研，2013年1月，陜西彬長集團(tuán)胡家河煤礦在準(zhǔn)備402103工作面時首次發(fā)生沖擊地壓，現(xiàn)場表現(xiàn)為煤炮頻繁且劇烈，煤塊彈射嚴(yán)重，頂?shù)装逅查g大變形，錨索斷裂頻繁等。隨著礦井開采強(qiáng)度和開采范圍的增大，沖擊地壓災(zāi)害日趨嚴(yán)重[2-3]。2014—2017年，與胡家河煤礦相鄰的高家堡煤礦、亭南煤礦、孟村煤礦均發(fā)生了不同程度沖擊地壓，其中高家堡煤礦和孟村煤礦在大巷掘進(jìn)期間就有顯現(xiàn)。麟北礦區(qū)最早投產(chǎn)的為崔木煤礦和郭家河煤礦，在其生產(chǎn)過程中均有不同程度的動力顯現(xiàn)?？梢?，陜西省煤礦沖擊地壓災(zāi)害具有出現(xiàn)時間晚、爆發(fā)時間短、災(zāi)害嚴(yán)重、災(zāi)害礦井集中等主要特點(diǎn)。

1.3 沖擊地壓災(zāi)害發(fā)展趨勢分析

彬長煤田深部區(qū)和麟北煤田處于大規(guī)模開發(fā)初期，基建礦井僅有掘進(jìn)工程，生產(chǎn)礦井采掘范圍和采空區(qū)面積相對較小。根據(jù)我國沖擊地壓礦區(qū)災(zāi)害發(fā)展規(guī)律，隨著兩大深部煤田煤炭資源的持續(xù)開發(fā)，礦井采掘范圍持續(xù)擴(kuò)大，采掘深度不斷加大，采空區(qū)面積不斷增多，影響沖擊地壓發(fā)生的因素將不斷增多，多因素、多災(zāi)害耦合致災(zāi)機(jī)制更為復(fù)雜，分析認(rèn)為，陜西省沖擊地壓礦井?dāng)?shù)量將進(jìn)一步增加，沖擊地壓發(fā)生頻次和強(qiáng)度也將增大，應(yīng)引起企業(yè)及監(jiān)察監(jiān)管部門的重視。

2 彬長礦區(qū)沖擊地壓礦井地質(zhì)及開采條件

(1)煤層埋深 彬長煤田沖擊地壓礦井煤層埋深普遍較大，其中亭南煤礦煤層最大埋深達(dá)到700m，胡家河煤礦、小莊煤礦煤層最大埋深均達(dá)到800m，孟村煤礦煤層最大埋深接近900m，高家堡煤礦煤層最大埋深超過1200m，以上煤礦是陜西省沖擊地壓的主要發(fā)生地。麟北煤田沖擊地壓礦井煤層最大埋深一般在600m左右。

(2)煤層特性 彬長煤田4號煤層強(qiáng)度較高，單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)20MPa以上，普遍具有弱或強(qiáng)沖擊傾向性。

(3)地質(zhì)構(gòu)造及地應(yīng)力水平 彬長煤礦及麟北煤田主要受大型寬緩褶曲控制，水平構(gòu)造應(yīng)力大，地應(yīng)力水平高。

(4)瓦斯條件 彬長煤田深部區(qū)和麟北煤田各沖擊地壓礦井均為高瓦斯礦井。

(5)水文條件 彬長煤田深部區(qū)和麟北煤田各沖擊地壓礦井普遍面臨礦井水害，多數(shù)礦井水文地質(zhì)條件類型為復(fù)雜型。

(6)自燃條件 彬長煤田1號，4號煤層及麟北煤田3號煤層均為易自燃煤層。

(7)大巷布置 彬長煤田及麟北煤田沖擊地壓礦井中，多數(shù)將大巷和準(zhǔn)備巷道布置在了具有沖擊危險性的煤層中。

(8)工作面巷道布置 為應(yīng)對水、火、瓦斯等災(zāi)害，該區(qū)域礦井普遍采用“一面三巷”、“一面四巷”甚至“一面五巷”的工作面布置方式，導(dǎo)致巷道多、煤柱多，易引起應(yīng)力集中。

胡家河、孟村、小莊、亭南等特厚煤層礦井，均采用了分層綜放開采，工作面及巷道留有較厚底煤，不利于沖擊地壓防治。

由于彬長煤田4煤層底板為遇水極易膨脹的鋁土泥巖，普通綜放及綜采工作面各巷道均留設(shè)一定厚度底煤，不利用沖擊地壓防治。

(9)回采工作面數(shù)量 彬長煤田及麟北煤田內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)的沖擊地壓礦井中，除了亭南煤礦為“一礦兩面”，其余均為“一礦一面”。

3 沖擊地壓防治情況

3.1 沖擊傾向性鑒定

12座沖擊地壓礦井均按照相關(guān)要求委托天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部(原煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究所)等科研機(jī)構(gòu)完成了煤巖層沖擊傾向性鑒定。另外，鄰近的文家坡煤礦、青崗坪煤礦、大佛寺煤礦、火石咀煤礦、下溝煤礦、燕家河煤礦也進(jìn)行了煤巖層沖擊傾向性鑒定。

3.2 沖擊危險性評價

12座沖擊地壓礦井均開展了采掘區(qū)域的沖擊危險性評價，理論評價方法包括綜合指數(shù)法、動態(tài)權(quán)重法、經(jīng)驗類比法等，實測方法主要為地震CT法。亭南煤礦、崔木煤礦、高家堡煤礦等采用波蘭PASAT-M便攜式微震探測系統(tǒng)對回采工作面和煤柱進(jìn)行了沖擊危險源精確探測[8]，如圖1，圖2所示。探測結(jié)果中，灰度越大，應(yīng)力越高，沖擊破壞風(fēng)險越大，由此可清晰地掌握工作面內(nèi)沖擊危險源的分布狀態(tài)，為開展各項解危措施提供了直觀的依據(jù)，適用性較強(qiáng)。

3.3 防沖設(shè)計及中長遠(yuǎn)防沖規(guī)劃

12座沖擊地壓礦井中，除了個別基建礦井因礦井停工而尚未完成礦井防沖設(shè)計和中長遠(yuǎn)防沖規(guī)劃編制外，其余沖擊地壓礦井均已完成。編制中長遠(yuǎn)規(guī)劃對于礦井沖擊地壓防范具有重要意義，科學(xué)的采掘布局可對沖擊地壓靜載荷源實現(xiàn)宏觀調(diào)控，避免大規(guī)模應(yīng)力集中，大幅度降低后期采掘過程中的沖擊危險程度和防治難度。高家堡煤礦中央大巷全部設(shè)計布置在強(qiáng)沖擊地壓煤層中，因此開拓期間沖擊地壓頻發(fā)。后經(jīng)詳細(xì)論證，決定將部分大巷調(diào)整至巖層頂板當(dāng)中，同時調(diào)整了采區(qū)設(shè)計，將雙翼開采調(diào)整為單翼開采，從而大幅降低了開拓大巷沖擊風(fēng)險。

圖1 亭南煤礦207工作面沖擊危險源地震CT探測成果

圖2 崔木煤礦22302工作面沖擊危險源地震CT探測成果

3.4 沖擊地壓監(jiān)測預(yù)警

6座沖擊地壓礦井安裝了微震監(jiān)測系統(tǒng)，包括：胡家河煤礦、高家堡煤礦、亭南煤礦、孟村煤礦、郭家河煤礦、崔木煤礦、小莊煤礦。利用微震監(jiān)測系統(tǒng)，各沖擊地壓礦井可分析沖擊危險性演化趨勢、判斷采掘工作面擾動范圍、確定采掘速度等。圖3顯示了胡家河煤礦401102工作面末采期間微震事件分布情況，該圖清晰地顯示了工作面回采對中央大巷及側(cè)向工作面的影響。

圖3 胡家河401102工作面末采期間微震事件

各礦井與科研單位開展預(yù)警指標(biāo)研究，開發(fā)了適合于礦井自身的監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)。圖4為孟村煤礦聯(lián)合天地科技股份有限公司開發(fā)的沖擊地壓危險預(yù)警效果，圖4中○代表發(fā)生能級1.8的微震事件，◇代表發(fā)生能級2.0的微震事件。可見，大能量微震事件多發(fā)生在沖擊危險指數(shù)較高的時段，對沖擊危險有較好的預(yù)警作用。2015年8月31日，沖擊危險性指數(shù)演化至最大值，當(dāng)日發(fā)生沖擊地壓，之后指數(shù)迅速下降[6]。

圖4 孟村礦井中央大巷監(jiān)測預(yù)警曲線

5座沖擊地壓礦井安裝了煤層應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括：高家堡煤礦、亭南煤礦、崔木煤礦、孟村煤礦、水簾洞煤礦。2座礦井安裝了地音監(jiān)測系統(tǒng)，包括：胡家河煤礦和水簾洞煤礦。7座沖擊地壓礦井采用鉆屑法檢測沖擊危險性，包括：崔木煤礦、孟村煤礦、亭南煤礦、郭家河煤礦、小莊煤礦、水簾洞煤礦、蔣家河煤礦。1座礦井購置了電磁輻射儀，為郭家河煤礦。

3.5 沖擊地壓解危

據(jù)調(diào)研，12座沖擊地壓礦井共采用了5種沖擊地壓解危方法，包括煤層鉆孔卸壓、煤層爆破、頂板爆破、底板爆破、煤層注水。

9座礦井采用了煤層鉆孔卸壓方法，包括：胡家河煤礦(φ113mm)、高家堡煤礦(φ150mm)、崔木煤礦(φ133mm)、亭南煤礦(φ150mm)、小莊煤礦(φ133mm)、孟村煤礦(φ113mm)、郭家河煤礦(φ105mm)、水簾洞煤礦(φ120mm)、蔣家河煤礦(φ120mm)。3座礦井采用了煤層爆破方法，包括：崔木煤礦、高家堡煤礦、胡家河煤礦。4座礦井在天地科技股份有限公司人員指導(dǎo)下采用了頂板深孔預(yù)裂爆破方法，包括：胡家河煤礦、高家堡煤礦、崔木煤礦、亭南煤礦。2座礦井采用了底板爆破方法，包括崔木煤礦、亭南煤礦。1座礦井采用了煤層注水防沖方法，為胡家河煤礦。

3.6 防沖機(jī)構(gòu)與制度

各沖擊地壓礦井均設(shè)置了專業(yè)防沖機(jī)構(gòu)，明確了機(jī)構(gòu)人員配置，部分礦井配備了專業(yè)防沖隊伍，并制定了較為詳盡的沖擊地壓管理制度。

3.7 監(jiān)察監(jiān)管

2016年7月，陜西省煤炭生產(chǎn)安全監(jiān)督管理局組織有關(guān)專家對14處煤礦沖擊地壓防治工作進(jìn)行了全面“技術(shù)會診”，逐礦形成了“技術(shù)會診”報告。2016年8月，陜西省安委會頒布了《陜西省煤礦沖擊地壓防治十條規(guī)定》，要求全省煤礦遵照執(zhí)行。

3.8 技術(shù)研究

為應(yīng)對嚴(yán)峻的沖擊地壓災(zāi)害形勢，提升礦井自身治災(zāi)水平，依托天地科技股份有限公司雄厚的技術(shù)與裝備力量、豐富的現(xiàn)場實戰(zhàn)經(jīng)驗，高家堡煤礦成立了防治沖擊地壓研究所，孟村煤礦成立了沖擊地壓研究室，亭南煤礦成立了礦井災(zāi)害防治研究所，崔木煤礦成立了沖擊地壓防治辦公室。

另外，其他沖擊地壓災(zāi)害嚴(yán)重的礦井也與天地科技股份有限公司、中國礦業(yè)大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)建立了合作關(guān)系，共同研究沖擊地壓災(zāi)害發(fā)生機(jī)理及防治技術(shù)。

4 沖擊地壓防治面臨的難題及對策

(1)多災(zāi)害并存，防治方法相互制約 彬長煤田和麟北煤田礦井多災(zāi)害并存，水、火、瓦斯、沖擊地壓等主要災(zāi)害相互影響，導(dǎo)致防治難度加大[9-12]。例如，為有效防治瓦斯及水害，礦井一般不采用窄煤柱護(hù)巷，而“一面多巷”的布置方式導(dǎo)致區(qū)段煤柱總寬度加大，往往對臨空巷道沖擊地壓造成不利影響。為此，亟需開展多災(zāi)害耦合條件下的窄煤柱護(hù)巷關(guān)鍵技術(shù)研究，以適應(yīng)陜西省沖擊地壓礦井特殊地質(zhì)條件。高家堡煤礦初次嘗試了6m煤柱護(hù)巷技術(shù)，取得了較好效果，但仍需進(jìn)一步試驗。

(2)煤層硬度大，煤層應(yīng)力監(jiān)測及鉆屑檢測方法適應(yīng)性差 由于彬長煤田深部區(qū)煤層硬度大，鉆孔不易變形，鉆屑法指標(biāo)不敏感，煤層應(yīng)力監(jiān)測變化幅度小，現(xiàn)場應(yīng)用效果較差，亟需開發(fā)適用于該煤田的高靈敏度監(jiān)(檢)測儀器與方法。

(3)多數(shù)大巷已布置在沖擊地壓煤層中，或與規(guī)程沖突 由于在礦井設(shè)計階段未能考慮沖擊地壓問題，彬長煤田及麟北煤田礦井多在煤層中布置各類大巷和永久硐室，該布置方式或與《煤礦安全規(guī)程》相違背，但調(diào)整難度很大，亟需在《防治煤礦沖擊地壓細(xì)則》中詳細(xì)說明。

(4)沖擊地壓專業(yè)技術(shù)人員數(shù)量及經(jīng)驗不足 由于陜西省沖擊地壓災(zāi)害出現(xiàn)時間較短，多數(shù)礦井沖擊地壓專業(yè)技術(shù)人員短缺，相關(guān)經(jīng)驗不足，對沖擊地壓認(rèn)識程度不夠，數(shù)據(jù)分析能力欠缺。為此，煤礦企業(yè)應(yīng)建立沖擊地壓專項培訓(xùn)制度，明確培訓(xùn)的對象、內(nèi)容與學(xué)時。

(5)部分礦井對沖擊地壓防范意識不強(qiáng)，重視程度不夠 調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分處于建設(shè)階段的沖擊地壓礦井管理人員對沖擊地壓災(zāi)害不夠重視，在建設(shè)階段開展防范措施的積極性不高，甚至刻意規(guī)避相關(guān)要求。針對該問題，監(jiān)察、監(jiān)管部門將依據(jù)國家相關(guān)法規(guī)及時查處，督促整改。

(6)對沖擊地壓相關(guān)規(guī)定的理解和執(zhí)行程度不一 《煤礦安全規(guī)程》中沖擊地壓部分的相關(guān)要求不夠明確，理解標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。由于沖擊地壓礦井未實行分級管理，部分沖擊地壓災(zāi)害程度較輕的礦井不愿配備價格較高的監(jiān)測系統(tǒng)，防沖措施也流于形式。

5 主要結(jié)論

(1)當(dāng)前陜西省沖擊地壓礦井?dāng)?shù)量有12座，其中生產(chǎn)礦井7座，建設(shè)礦井5座，分布在咸陽市長武縣、彬縣和寶雞市麟游縣境內(nèi)。首例沖擊地壓發(fā)生在2013年，具有出現(xiàn)時間晚、爆發(fā)時間短、災(zāi)害嚴(yán)重、災(zāi)害礦井集中等特點(diǎn)。

(2)陜西省沖擊地壓礦井均為新建大型礦井，開采煤層埋深普遍較大，構(gòu)造應(yīng)力高，煤層硬度大，同時面臨水、火、瓦斯等災(zāi)害，復(fù)合災(zāi)害下沖擊地壓防治難度更大。

(3)陜西省沖擊地壓礦井采用的沖擊危險性評價方法主要有綜合指數(shù)法和地震CT法，監(jiān)測方法主要有微震法和煤層應(yīng)力法。由于彬長煤田煤層較硬，煤層應(yīng)力監(jiān)測和鉆屑法適應(yīng)性較差。解危方法主要有煤層鉆孔卸壓、煤層爆破及頂板爆破。

(4)陜西省沖擊地壓災(zāi)害出現(xiàn)時間晚，防治技術(shù)力量總體薄弱，專業(yè)技術(shù)人員匱乏，亟需加強(qiáng)人才培養(yǎng)工作。早期大巷布置方式與后期出臺的法規(guī)相沖突，亟需相關(guān)解釋。

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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

劉育暉(1964-)，男，陜西禮泉人，高級工程師，總工程師，長期從事煤礦安全監(jiān)管和煤炭生產(chǎn)技術(shù)工作。

劉育暉，張 曄，趙 恒.陜西彬長礦區(qū)沖擊地壓防治現(xiàn)狀[J].煤礦開采，2017，22(6)：92-95，103.

TD324

A

1006-6225(2017)06-0092-04

潘俊鋒]