某礦業(yè)公司深部開采動(dòng)壓災(zāi)害的防治實(shí)踐

某礦業(yè)公司深部開采動(dòng)壓災(zāi)害的防治實(shí)踐開灤趙各莊礦業(yè)有限公司地處唐山市東北32公里（北緯39°

45ˊ，東經(jīng)118°24ˊ），始建于1906年。該公司礦井是國(guó)內(nèi)外急傾斜煤層最深的礦井之一。開采和開拓深度已達(dá)1154.5m（十三水平）。目前生產(chǎn)區(qū)域集中在十二水平和十三水平，十四水平正在進(jìn)行設(shè)計(jì)。

隨著礦井采深的逐步增大，礦山壓力也進(jìn)一步增大，動(dòng)壓災(zāi)害發(fā)生的頻率及強(qiáng)度均呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì)，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到安全生產(chǎn)，在目前的技術(shù)水平下，如何對(duì)動(dòng)壓災(zāi)害進(jìn)行有效的防治，是該公司亟待解決的難題。

1

趙各莊礦地質(zhì)及礦山壓力概況

1.1

地質(zhì)概況

開灤趙各莊礦業(yè)公司礦井地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，構(gòu)造形式以斷裂為主，其次為褶皺。在井田西翼主要發(fā)育壓扭性斷裂，井田東翼主要發(fā)育張扭性斷裂，此外還有大量局部應(yīng)力場(chǎng)所產(chǎn)生的斷裂。在大斷層附近伴生小斷層較多，對(duì)采掘的影響較大。井田自東向西巖層走向和傾角發(fā)生較大變化，特別是傾角由緩斜到傾斜、急傾斜直至倒轉(zhuǎn)。根據(jù)《礦井地質(zhì)規(guī)程》地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度定為Ⅱ類。礦井為煤與瓦斯突出礦井。目前開采的為7、9、12-1、12-2煤層。

1.2

礦山壓力概況

在趙各莊礦11水平（-900）西翼1503石門第13煤層的底板青灰色砂巖中設(shè)點(diǎn)，采用應(yīng)力解除法觀測(cè)，測(cè)點(diǎn)距地表深度952m。實(shí)測(cè)最大主應(yīng)力85.4MPa，方向傾角0.89°，方位角273.6°，即基本為水平方向，在平面上為近東西方向，自重應(yīng)力為25.7MPa。水平主應(yīng)力是垂直應(yīng)力的3.3倍。受地質(zhì)構(gòu)造及地層沉積影響，井田內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力的分布非常不均，井口開闊向斜軸部區(qū)域是地質(zhì)結(jié)構(gòu)體應(yīng)力集中程度相對(duì)較高的地方。西翼斷裂構(gòu)造發(fā)育區(qū)，不利于應(yīng)力積聚，就整體而言，西翼區(qū)域由東而西構(gòu)造應(yīng)力逐漸減弱。東翼地層沉積速度快，煤層頂板巖層分層厚度較小，蘊(yùn)藏地質(zhì)應(yīng)力潛能較弱。

2

趙各莊礦深部開采動(dòng)壓現(xiàn)象

進(jìn)入深部開采后，隨著開采深度的逐年增加，礦山壓力進(jìn)一步增大，“煤炮”、“板炮”等動(dòng)壓現(xiàn)象發(fā)生的頻率、強(qiáng)度、范圍都呈現(xiàn)增高、增強(qiáng)、增大的趨勢(shì)。例如12水平西翼2337東工作面在1995年6月24日發(fā)生了一次較強(qiáng)的動(dòng)壓現(xiàn)象，自工作面出口以外53.8m范圍內(nèi)巷道斷面縮小到300mm高，巷道內(nèi)金屬拱型支架均有不同程度的損壞，其中嚴(yán)重破壞范圍為35m。該事故造成巷道內(nèi)一人死亡。趙各莊礦業(yè)公司地震臺(tái)同時(shí)紀(jì)錄到在古冶附近發(fā)生ml2.6級(jí)地震。2005年2月16日，在13水平西翼1石門3137綜采工作面發(fā)生了一次較為明顯的動(dòng)壓顯現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)支架多處發(fā)生支架移動(dòng)、錨桿鋼帶斷裂、錨索失效等現(xiàn)象，同時(shí)伴有煤塵飛揚(yáng)。唐山市地震局臺(tái)網(wǎng)同時(shí)測(cè)定在卑家店發(fā)生ml1.7級(jí)地震。2006年1月3日，13水平西翼2石門3237綜放工作面范圍發(fā)生一起動(dòng)壓現(xiàn)象，巷道多處地點(diǎn)發(fā)生冒頂，阻塞巷道，現(xiàn)場(chǎng)人員有強(qiáng)烈的瞬時(shí)震感，并伴有沖擊波和大量煤塵飛揚(yáng)，同時(shí)該公司地震臺(tái)測(cè)到在開平至陡河間發(fā)生ml3.6級(jí)地震。經(jīng)與構(gòu)造地震、地面爆破波形對(duì)比，三次地震均屬于屬淺源地震和礦震系列。

上述動(dòng)壓顯現(xiàn)的典型案例，均集中在礦井西翼寬緩向斜核部附近，煤層由傾斜向急傾斜的過(guò)渡區(qū)。但就整個(gè)礦井而言，12水平、13水平幾乎所有的生產(chǎn)區(qū)域在進(jìn)行采掘活動(dòng)時(shí)，均有強(qiáng)度大小不等的“煤炮”、“板炮”發(fā)生。

3

動(dòng)壓災(zāi)害發(fā)生的統(tǒng)計(jì)規(guī)律

由于對(duì)趙各莊礦的動(dòng)壓災(zāi)害的研究仍處于初步階段，因此，對(duì)于災(zāi)害的發(fā)生規(guī)律性還需要進(jìn)一步探索。通過(guò)對(duì)大量動(dòng)力現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)分析，可以初步判斷動(dòng)壓災(zāi)害的發(fā)生具有以下特點(diǎn)：

a.

動(dòng)壓災(zāi)害發(fā)生的區(qū)域主要分布在11水平、12水平、13水平的西翼1～3石門之間，集中在開闊向斜的軸部區(qū)域。井口開闊向斜軸部、次級(jí)向(背)斜區(qū)域及煤巖層產(chǎn)狀變化較大部位是構(gòu)造應(yīng)力較為集中區(qū)域，如果在采動(dòng)壓力誘發(fā)下，易發(fā)生動(dòng)壓災(zāi)害。b.目前，礦井采深已達(dá)-1100，屬于深部開采。隨著開采深度增大，煤層積聚的彈性能增加。動(dòng)壓災(zāi)害的發(fā)生與采深直接相關(guān)。c.地壓動(dòng)力現(xiàn)象伴隨地震發(fā)生，說(shuō)明該礦井處于當(dāng)今地質(zhì)構(gòu)造的活動(dòng)區(qū)域內(nèi)，構(gòu)造的活動(dòng)引起局部構(gòu)造開采區(qū)域的應(yīng)力變化。4

動(dòng)壓災(zāi)害預(yù)測(cè)4.1

危險(xiǎn)區(qū)域劃分法依據(jù)淺部開采的動(dòng)壓顯現(xiàn)與地質(zhì)條件的關(guān)系，對(duì)深部動(dòng)壓地質(zhì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)區(qū)劃，在采區(qū)的準(zhǔn)備和生產(chǎn)中，根據(jù)采掘工作面揭示的詳細(xì)地質(zhì)資料不斷預(yù)測(cè)和補(bǔ)充動(dòng)壓地質(zhì)區(qū)劃的區(qū)域，并利用在不同地質(zhì)條件、不同開采條件下的煤層開采發(fā)生動(dòng)壓的顯現(xiàn)特性，并對(duì)以往發(fā)生動(dòng)壓的認(rèn)識(shí)作出規(guī)律性的總結(jié)，對(duì)動(dòng)壓危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。4.2

鉆屑法在該公司動(dòng)壓危險(xiǎn)傾向性預(yù)測(cè)中，鉆屑法是現(xiàn)場(chǎng)使用最多的一種方法，常常用來(lái)監(jiān)測(cè)采掘空間圍巖的動(dòng)壓危險(xiǎn)傾向性。其方法是在煤層中施工直徑42mm的鉆孔，鉆孔深度通常為6～8米，通過(guò)對(duì)鉆粉變化率、施工過(guò)程中動(dòng)力現(xiàn)象等指標(biāo)的分析，對(duì)采掘空間圍巖的動(dòng)壓危險(xiǎn)傾向性進(jìn)行評(píng)估。4.3

電磁輻射法利用KBD5型電磁輻射儀及配套軟件進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。由于在具體實(shí)施過(guò)程中，每一種預(yù)測(cè)方法都有其本身的局限性，因此，就目前該公司技術(shù)水平而言，尚無(wú)法對(duì)動(dòng)壓災(zāi)害的發(fā)生做出精確的預(yù)測(cè)。5

動(dòng)壓災(zāi)害的防治措施5.1

震動(dòng)爆破根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，在特殊地點(diǎn)及附近進(jìn)行震動(dòng)爆破降低或消除動(dòng)壓顯現(xiàn)威脅。通常打眼使用礦用煤電鉆和1米麻花接桿鉆桿及配套φ42mm鉆頭，炮眼眼深6～7m，炮眼間距5m，炮眼距離巷道底1～1.5m。每眼裝藥長(zhǎng)度為眼深的三分之一，藥量2.1kg，炮眼裝藥后，使用兩個(gè)水炮泥，外部剩余部分用黃泥封滿。同時(shí)布置6～8孔。連線方式采用串聯(lián)，正向一次起爆。5.2

煤層注水采用鉆機(jī)施工孔徑φ42mm的鉆孔，長(zhǎng)度一般為15m，間隔15m。封孔后利用靜壓或動(dòng)壓水對(duì)煤體注水，由于受煤體的滲透性影響，效果通常不太理想。5.3

泄壓鉆孔在預(yù)計(jì)可能出現(xiàn)的應(yīng)力增高區(qū)施工φ90～110mm的鉆孔，長(zhǎng)度一般為15m，間距為鉆孔直徑的10倍。來(lái)降低采掘空間周圍的應(yīng)力。6

3237工作面動(dòng)壓災(zāi)害防治實(shí)例6.1

災(zāi)害簡(jiǎn)況2006年1月3日，3237工作面范圍初采期間發(fā)生了一起較大的“煤炮”現(xiàn)象，巷道內(nèi)大量金屬拱形支架下縮，其中運(yùn)輸?shù)蓝嗵幍攸c(diǎn)發(fā)生冒頂，局部巷道阻塞，現(xiàn)場(chǎng)工作人員有強(qiáng)烈的瞬時(shí)震感，并伴有沖擊波和大量煤塵飛揚(yáng)。6.2

防治工作體系公司對(duì)動(dòng)壓災(zāi)害的防治工作高度重視，建立有較為完善的動(dòng)壓防治工作體系。成立由生產(chǎn)技術(shù)部（含調(diào)度室）、安全管理部、通風(fēng)區(qū)、地測(cè)科、采煤區(qū)等相關(guān)單位、人員組成的動(dòng)壓災(zāi)害綜合防治小組（以下簡(jiǎn)稱綜合防治小組），在公司經(jīng)理的直接領(lǐng)導(dǎo)下開展工作。綜合防治小組下設(shè)4個(gè)緊密聯(lián)系的工作單元：a.技術(shù)支持單元:負(fù)責(zé)對(duì)動(dòng)壓區(qū)域的礦壓顯現(xiàn)、水文、地質(zhì)、通風(fēng)、瓦斯、地震等資料進(jìn)行分析研究，制定相應(yīng)的技術(shù)方案，為動(dòng)壓工作面區(qū)域動(dòng)壓顯現(xiàn)災(zāi)害的防治提供技術(shù)支持。b.預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)單元:負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)、通風(fēng)瓦斯等情況的預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)，為動(dòng)壓工作面區(qū)域動(dòng)壓顯現(xiàn)災(zāi)害的防治提供現(xiàn)場(chǎng)第一手資料。c.實(shí)施落實(shí)單元:負(fù)責(zé)防治動(dòng)壓顯現(xiàn)災(zāi)害的各項(xiàng)方案、措施、計(jì)劃的實(shí)施落實(shí)。d.安全監(jiān)察單元:負(fù)責(zé)動(dòng)壓工作面區(qū)域各項(xiàng)工作的安全監(jiān)督、監(jiān)察。綜合防治小組定期召開會(huì)議，研究分析生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和各類安全技術(shù)防范措施，落實(shí)動(dòng)壓顯現(xiàn)防治的各項(xiàng)工作進(jìn)展情況，指導(dǎo)安全生產(chǎn)。6.3

分析與對(duì)策6.3.1分析由于3237工作面的開采方法已經(jīng)確定，對(duì)動(dòng)壓的防治只能采取區(qū)域性的、局部的防治和解危措施。經(jīng)分析后認(rèn)為，經(jīng)過(guò)1月3日的動(dòng)壓顯現(xiàn)后，煤巖體內(nèi)的能量得到了一定程度的釋放，但3237區(qū)域可能仍有潛在的高應(yīng)力區(qū)，工作面投入回采后，工作面區(qū)域的煤巖體應(yīng)力將重新分布，工作面前方超前壓力影響范圍，在老頂初次來(lái)壓時(shí)、周期來(lái)壓時(shí)還有可能產(chǎn)生新的高應(yīng)力區(qū)，形成潛在的動(dòng)壓危險(xiǎn)。6.3.2對(duì)策6.3.2.1

動(dòng)壓危險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作面開采前，主要采用鉆屑檢測(cè)法對(duì)動(dòng)壓危險(xiǎn)性進(jìn)行檢測(cè)、預(yù)報(bào)，輔助采用鉆孔應(yīng)力計(jì)、電磁輻射儀對(duì)動(dòng)壓危險(xiǎn)性進(jìn)行檢測(cè)、預(yù)報(bào)。工作面開采后，采用鉆孔應(yīng)力計(jì)對(duì)可能存在動(dòng)壓威脅的區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)使用KBD5型電磁輻射儀，對(duì)整個(gè)工作面區(qū)域的礦壓顯現(xiàn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤觀測(cè)，并輔助采用鉆屑檢測(cè)、巷道變形觀測(cè)等手段對(duì)可能存在的動(dòng)壓危險(xiǎn)性進(jìn)行檢測(cè)、預(yù)報(bào)。6.3.2.2

動(dòng)壓危險(xiǎn)防治措施對(duì)上述可能存在動(dòng)壓顯現(xiàn)危險(xiǎn)的區(qū)域，采用震動(dòng)爆破、煤體注水、打卸壓鉆孔的方法，降低或消除高應(yīng)力區(qū)動(dòng)壓顯現(xiàn)危險(xiǎn)。6.3.2.3

防治措施效果檢驗(yàn)采取松動(dòng)爆破、煤體注水等措施后，繼續(xù)采用鉆屑檢測(cè)法、鉆孔應(yīng)力計(jì)、電磁輻射儀等手段對(duì)防治措施的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)動(dòng)壓危險(xiǎn)傾向度重新評(píng)估。若檢測(cè)指標(biāo)超過(guò)臨界值，則繼續(xù)采取動(dòng)壓危險(xiǎn)防治措施，若檢測(cè)指標(biāo)小于臨界值，采取安全防護(hù)措施后可以生產(chǎn)。采取安全防護(hù)措施主要包括：a.對(duì)巷道支架進(jìn)行維修、加固工作。巷道拱形支架使用正規(guī)松木背板背嚴(yán)，兩幫背板間距不大于200mm。頂、幫空處要使用木料或裝煤編織袋填嚴(yán)，巷道支架卡纜扭矩不小于150Nm。拱型支架卡纜使用雙層塑料網(wǎng)遮擋好。b.加強(qiáng)工作面各巷道斷面清臥，多余設(shè)備、材料及時(shí)運(yùn)走，保持巷道暢通。所有的可移動(dòng)機(jī)電設(shè)備和暫時(shí)不能運(yùn)走的材料使用錨鏈或鐵絲拴牢在附近的拱形支架棚腿上，人員停留時(shí)，要躲開器材、設(shè)備存放處。c.各種管線吊掛整齊、牢固，電纜吊掛要留有余量。d.保持瓦斯監(jiān)控、斷電系統(tǒng)穩(wěn)定、連續(xù)、可靠運(yùn)行。保持滅塵系統(tǒng)、隔爆設(shè)施齊全有效，風(fēng)門、風(fēng)墻等通風(fēng)設(shè)施牢固可靠,加強(qiáng)3237區(qū)域的通風(fēng)、瓦斯情況的檢查工作，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)匯報(bào)。e.由專人負(fù)責(zé)每班加強(qiáng)巷道撒水滅塵工作，使巷道、工作面始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)。f.加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備的檢修、查驗(yàn)工作，杜絕設(shè)備失爆。g.現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格執(zhí)行“一班三匯報(bào)”制度，向調(diào)度室匯報(bào)清楚當(dāng)班的安全、生產(chǎn)情況，遇有特殊征兆、發(fā)生特殊情況要隨發(fā)現(xiàn)隨匯報(bào)，不得延誤。h.生產(chǎn)單位盡量減少3237區(qū)域同時(shí)作業(yè)的人數(shù)，并做好該區(qū)域進(jìn)出人員的登統(tǒng)工作。i.施工單位加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)