某某煤矿冲击地压预测防治技术的应用

冲击地压预测、防治技术的应用**集团***煤矿尊敬的各位领导：上午好！首先感谢上级提供了这次兄弟单位之间相互学习交流的机会，根据会议安排，我把***煤矿的基本情况和防冲工作开展情况汇报如下：一、矿井概况***煤矿是***集团在**矿区建设的第一对矿井，也是受冲击地压威胁严重的矿井。矿井于2001年1月投入生产，核定生产能力为220万吨/年。矿井采用立井、暗斜井多水平开拓方式，地面标高+50米左右，共分三个水平，第一水平-505米，第二水平-850米，第三水平-1030米。目前第一水平已回采完毕，第二水平剩余可采储量不足20万吨，主要生产水平为三水平，最大采深超过1200米，开采工艺为条带式综采放顶煤。矿井主采煤层为二迭系山西组3煤，平均煤厚8.5米。根据二水平和三水平的煤岩层冲击倾向性鉴定结果，3煤为强冲击倾向性煤层，其顶底板为弱冲击倾向性岩层。通过对钻孔资料分析，距3煤360米以上有一层60～80米厚的侏罗系红色细粒砂岩，440米以上有一层70～114米厚的中粒砂岩，经专家分析，巨厚坚硬岩层的弯曲、断裂是形成冲击地压或矿震的根源。矿井地质构造复杂，断层多，至今共揭露断层300多条，冲击地压的发生也与断层存在一定的联系。二、防冲工作开展情况***煤矿自2004年发生冲击地压以来，矿井即把冲击地压2防治作为全矿安全生产的中心工作来抓。几年来，我们根据防冲要求，积极健全防冲组织机构，不断加大资金投入，引进先进监测设备，开展科技攻关，逐步完善防治措施，冲击地压防治能力稳步提高。一是强化防冲队伍建设，健全防冲组织机构。***煤矿成立了以矿长为组长，总工程师、分管副矿长为副组长，相关专业副总工程师与部门负责人为成员的冲击地压防治工作领导小组，下设防冲办公室，设专职防冲副总工程师，防冲办共编制47人，负责监测监控、冲击危险区划定、编制防冲措施、大直径钻孔卸压、钻屑检验和其它卸压解危工作。二是建章立制，落实责任。为保证冲击地压防治工作的有效开展，矿印发了《***煤矿防治冲击地压实施意见》，理顺了防冲责任体系，健全了防冲工作安全责任制，对矿长、分管副矿长、总工程师及各级人员的防冲责任进行了详细规定，明确了各相关部门的职责，对各部门相互协作进行了具体要求。三是加大资金投入，配齐防冲设备。为满足防冲需求，***矿于2007年引进波兰“SOS”微震监测系统，目前在1317工作面、3203皮带顺槽各安装一套冲击地压实时监测预警系统；同时配备了深孔钻车两台、架柱式钻机7部、手持式钻机12部，卸压钻具满足防冲需要。四是超前分析论证，严抓措施落实。针对矿井冲击危险逐步增大的实际，在委托北京科技大学编制32采区防冲设计的基础上，又对3203、3205、3301工作面的冲击危险进行单独论证，根据评价结果，制定专项防冲措施，通过严格按照设计布置工作面、加大掘进断面、加强掘进巷道主动支护、大钻孔卸压、保持工作面合理开采顺序等手段，有效降低了动力灾害的发生。3三、冲击地压预测、防治技术的应用㈠SOS微震监测系统随着矿井冲击地压隐患的日趋凸显，为进一步丰富监测手段，***煤矿于2007年7月安装波兰矿山研究总院的SOS微震监测系统，该系统能够监测矿山井下开采引起的震动事件。应用效果：1、能定位震动事件的平面位置和深度，通过分析，宏观划定危险区，是一种通过微震事件综合分析判定危险区域的监测方式。2、每天成图，直观显示震动事件的时间、平面位置和具体标高，大致推断3煤上覆高位关键岩层的运动情况，评估可能发生矿震的危险性。3、通过对微震事件的分析，判定周期来压规律，预报因周期来压引发冲击地压的危险。以***矿2109工作面为例，由于工作面支架工作阻力为4600KN，相对较小，周期来压显现时，支架活柱下缩明显，采高不足，矿山压力作用于煤帮上，导致煤壁片帮甚至架前冒顶，超前应力波及范围广，两巷矿压显现明显，易导致因周期来压诱发冲击地压的危险。微震监测系统能捕捉周期来压前、后矿山压力由集中到减弱的过程，根据微震事件分布图中微震事件的分布特点，对震动事件密集区域及时采取钻屑法检验，如果存在应力集中，则立即进行钻孔卸压或加强支护、放缓推进度等防治措施。4、使用微震监测系统大能量震动事件的统计功能，结合工作面推进情况，通过分析大能量震动事件发生的平面位置及深度，能基本判定高位关键岩层垮落步距，预测矿震危险。因此我们可以在工作面推进到预测的位置前，有针对性的防范因高位关键层的垮落而引起的矿震动力灾害。4㈡冲击地压实时监测预警系统2009年10月在2103工作面安装应用了北京科技大学研制的冲击地压实时监测系统，该系统以连续监测两条顺槽一定范围的煤层相对应力变化为基础，通过应力变化实时监测和设定的预警数值，以云图和柱状图的形式直观显示应力集中程度，对工作面的动力灾害进行监测预警，判断危险区域。目前在1317工作面和3203工作面周边巷道各安装一套监测预警系统正常运行。1、系统安设情况首先在两顺槽工作面前方10m处开始布置钻孔应力计，每条顺槽最多可安设15组应力计，应力计垂直煤壁方向布置，每两个为一组，长度分别是12m和17m，每相邻两组之间的距离为25m，钻孔直径45mm。应力计所监测的范围为工作面前350m，根据巷道布局特点和应力分析结果，决定应力计安设在工作面侧或煤柱侧，随着工作面的回采，最靠近工作面的一组撤换到最远一组的后面，以此不断往复循环。测站7-850北翼轨道巷N23-846.8D18-835.31317轨道顺槽1317皮带顺槽1316皮带顺槽测点布设平面图5图16钻孔应力计布置平面图钻孔应力计布置平面图2、主要功能及优点⑴监测超前应力的波及范围，随着工作面的连续推进，通过在现场安装的各组应力计的读数变化情况来直观推断超前应力的波及范围。⑵根据本系统的监测情况，发现应力升高区通过黄色甚至红色预警进行警示，则立即实施二次卸压解危工作。⑶监测结果显示直观，地面监测主机显示器通过监测云图和柱状图的形式显示现场应力变化情况。⑷由于该系统实现了对冲击危险区的连续监测，全面替代了电磁辐射仪的各项功能，我矿自该系统正常运行后，已不再使用电磁辐射仪。25m17m12m顺槽煤帮6地面主机显示界面组应力变化曲线查询界面7各通道应力变化数据查询界面㈢微震、实时监测系统以及钻屑（孔）法监测相结合的综合监测体系依据微震、冲击地压实时监测系统判定出危险区域后，再利用打钻孔的方式进一步检验应力集中程度，检验采用大钻孔施工，起到既检验又卸压的效果。依据微震监测系统和冲击地压实时监测系统监测到的应力集中情况，对危险区每5～10m打一监测卸压孔，孔径110mm，深度20m，通过钻进过程的卡钻、吸钻、煤炮等动力显现情况，结合煤粉量情况，检测矿山压力集中程度，若存在应力集中，再加密钻孔，如果加密钻孔仍不能解除煤体高应力，则需要实施爆破卸压，直至应力消除。8四、防治冲击地压的有效形式㈠巷道布局方面：优化采掘布局，合理安排采掘顺序，从源头上避免形成应力集中区。省内外多起冲击地压事故证实，在布局不合理的应力集中区进行采掘活动，极易发生冲击事故。***煤矿通过优化采掘设计，精确计算工作面采宽和留宽，巷道布置在应力集中区以外，并合理安排采掘顺序，避免相向作业，同向推进的工作面保持一定的错距等，有效降低了防冲难度。㈡监测方面：微震监测系统通过对采掘活动微震事件的定位，宏观划定了危险区域，冲击地压在线监测系统有效监测了工作面两顺槽超前一定范围的应力变化，再利用钻孔进行验证，基本摸清了应力集中区域和集中程度。㈢治理方面：以钻孔卸压为主、爆破卸压为辅的卸压方式，使应力集中区域向巷道周边煤体深部转移，避免了冲出式灾害的发生，保护了巷道人员、设备的安全；冲击危险区域进一步9增加支护强度，掘进巷道加大主动支护强度，回采工作面两顺槽采用悬浮式支柱、加大超前支护长度、支柱联锁防歪斜等，增强巷道抵御冲击的能力。㈣管理方面：防冲重点工作面限制推进速度，移动变电站避开危险区存放，材料、设备的固定以及重点危险区域限制行人，重点岗位的个体防护等。五、防冲工作存在的不足和技术难题㈠采煤工作面超前支护方式仍存在薄弱环节。总结***煤矿发生的破坏性冲击地压中，近一半发生在回采工作面两顺槽距采煤工作面10～35m范围内，所以回采工作面防冲的重点是两顺槽超前支护范围段。目前矿井两顺槽超前支护仍以单体支柱支护为主，通过以往发生的冲击地压来看，该支护方式抵御冲击能力较差。***煤矿曾在2008年使用过超前支架，由于该支架在移动过程中的频繁升降，破坏了巷道的原有支护，再加上深井巷道断面回缩量大，现场适应性较差的弊端比较明显，使用效果一般。㈡煤层注水不到位。3煤孔隙率小，注水难度大，使这一既防冲又防尘的手段未能充分发挥作用。㈢监测预报无法实现定量监测预报，预报准确率较低，微震监测分析尚不到位。六、下一步工作打算2012年后，***煤矿全面转入三水平开采，最大采深超过1200米，防治冲击地压的难度进一步增大。今年3月，***煤矿成立了三水平防治冲击地压技术攻关课题组，针对如何实现三水平大采深、高地压条件下的安全开采，避免发生破坏性冲10击地压进行专题攻关，以实现矿井不发生破坏性冲击地压的目标。㈠进一步优化巷道布局，合理安排采掘顺序优化巷道布置方式，合理安排采掘顺序，避免形成孤岛采煤、相向采掘；开拓巷道、硐室尽量布置在坚硬岩层中，以降低冲击危险，从源头上避免形成应力集中区。㈡转变卸压方式，提高卸压质量依靠专业防冲队伍，借助熟悉钻具和施工技巧、落实快、效果到位的优势，逐步实现由回采期间卸压向掘进期间卸压的转变，既避开与回采生产的相互影响，又提高深部巷道掘进过程的安全保障水平。㈢尝试煤体注水，增强卸压效果根据3205工作面的煤体孔隙率实验证明，煤体的孔隙率仅为3.5%，煤体硬脆，极易发生冲击；且煤尘大，尤其是发生冲击瞬间煤尘浓度高，存在引发次生事故的隐患，也损害职工身体健康。下一步，依赖专业防冲队伍，进一步探索煤体注水措施，尽最大努力的做好注水工作，将采煤工作面两顺槽钻孔卸压与煤体注水相结合，进一步研究注水工艺，采取静压与高压相结合、多轮注水工艺，充分湿润煤体，改变煤的物理力学性质，达到既卸压又防尘的目的。冲击地压是困扰***煤矿安全生产的主要灾害，***煤矿按照自身的情况，进行了一些探索和尝试，但也存在着许多的不足，我们希望通过此次会议，能够向各兄弟单位学习更加先进的经验和技术，也希望在座的各位领导多提宝贵意见和建议。谢谢大家！