三河尖煤矿冲击矿压成因讲座

第一篇冲击地压概述冲击矿压是严重威胁矿井安全生产的煤岩动力灾害现象之一，世界上主要的采矿国家都发生过冲击矿压。在我国有近100对矿井发生过冲击矿压，而且随着矿井开采深度的不断增加，冲击矿压的危险和危害也日趋严重，冲击矿压的机理极其复杂，影响因素众多。冲击矿压以其突然、急剧、猛烈的破坏特征对煤矿、金属矿井、隧道等的正常生产轻则构成严重影响，重则造成巨大的经济损失和人员伤亡。随着井工矿井开采深度的增加，冲击矿压的危险也在逐步增加。原来没有发生过冲击矿压的矿井，现在也开始发生；原来发生过冲击矿压的矿井，现在冲击发生的强度越来越大，次数越来越多。一、冲击地压的基本特征：1、突然性。主要表现为冲击矿压发生前没有明显的征兆，难于事先准确确定发生的时间、地点和强度。从以往发生事故后脱险人员描述中，冲击地压发生前有下列现象：板炮声突然频繁、煤壁有连续声响、煤壁突然外鼓、有较大的煤炭突出、围岩活动明显加剧等。2、瞬时性。主要表现为发生过程极为短暂，象爆炸一样伴有巨大的声响和强烈的震动，一般持续时间为10秒以内。3、破坏性。表现为煤层冲击、顶板冲击、底板冲击等相互组合，片帮和煤炭抛出，顶板明显下沉、底板突然开裂鼓起甚至接顶、煤体突然破碎并从煤壁抛出，破坏巷道支护，造成人员伤亡。我矿历史上自1991年5月首次在7110工作面材料道发生冲击矿压以来，至今己发生破坏性冲击矿压25次（1998年12月6日发生的冲击矿压事故，在工作面内有近30m范围采煤机及输送机向采空区侧移动达400mm，50m范围内支架被挤倒（歪），工作面以外的材料道等近500m因煤壁片帮而堵死。2000年4月17日15：25时在7204工作面发生的一次严重冲击矿压事故造成4人伤亡），其中工作面内发生冲击矿压22次，严重威胁矿井的安全生产，冲击矿压已成为三河尖煤矿主要的自然灾害之一。二、三河尖矿冲击地压的成因：三河尖矿采掘工作面的冲击地压受多种因素所制约，其中主要制约因素有：1、煤层具有冲击倾向性根据原煤炭部北京开采所鉴定结论认为三河尖煤矿主采煤层7、9煤层具有冲击倾向，属冲击地压危害严重的矿井之一，其鉴定结果参见下表。煤层工作面编号单轴抗压强度(Mpa)弹性能指数冲击能量指数动态破坏时间（S）结果7720416.12.5~3.12.8~5.11260中等冲击740117.235.92.27304中等冲击9910837.72.0~5.32.312~35强冲击7南翼17.2519.631.2954弱冲击920.767.833.2870弱冲击7、9煤冲击倾向鉴定结果2、采矿活动的诱发由9112、9101工作面开采及冲击地压发生过程可知，其冲击地压的发生均为采矿活动的诱发，事故发生时，工作面进行的主要工序是落煤爆破及其回柱工序，这些现象说明冲击地压的诱发与采矿活动是密不可分的；另据7204工作面的冲击地压发生规律，其冲击地压与顶板断裂及失稳有较为密切的关系。3、工作面处于高应力区我矿9煤中所发生的5次冲击地压均是处于7煤煤柱之下，除此之外，在其它地段尚未发生冲击地压现象，仅此足以说明7煤煤柱的高应力作用。三、三河尖矿历年来的冲击矿压发生特点及形式（一）冲击矿压发生特点1、采矿活动诱发的冲击矿压在回采过程中，因采场的不断扩大，顶板悬露的面积逐渐增大，达到一定跨度后，其弯曲下沉而形成的势能亦逐渐加大，使顶板处于亚稳定状态，爆破落煤及回采作业使相对稳定的顶板原有的相对平衡状态发生破坏，同时爆破作业又对煤体或顶底扳产生一定的震动冲击，并在爆破孔周围形成自由面，爆破对煤体或顶底扳产生的压应力被煤体和顶底扳吸收后，原本处于亚稳定状态的煤体和顶底扳，必然将自重产生的势能加上吸收的动能以加速度的形式寻找新的平衡，即产生新的动能，受压应力影响区域的煤体或顶底扳随即产生反抗性，当新的动能超过煤体的最大抵抗值时，必然在自由面相对较多的弱面释放，使煤体产生急剧破坏，形成冲击矿压事故。三河尖矿发生此类冲击矿压，损失最严重的是2000年4月17日15：25时，发生在7204工作面材料道和降低材料道的事故，两道超前90m巷道均受到破坏，距工作面15～60m范围的巷道基本被堵实，造成4人伤亡。2、坚硬顶板运动的影响该矿西翼顶板均为砂岩顶板，完整性较好，工作面回采后，随着工作面的推进，顶板因自重缓慢弯曲下沉，因工作面煤壁的支撑作用，在缓慢弯曲下沉及折断垮落过程中完成了由势能向动能的转换，并作用在靠近采空区的支固点处（未采动的煤壁），使靠近工作面的煤壁内产生大的应力集中，在集中应力的作用下，煤体内的固有的三向应力平衡状态被改变，工作面煤壁内的煤体在寻找新的平衡时，因集中的应力远大于煤体的支承能力，加上工作面或巷道存在的自由面无法有效约束煤体的内部活动，使煤体在瞬间由煤体向工作面或巷道内迅速抛出，形成冲击矿压事故。三河尖矿发生此类冲击矿压，破坏最严重的是1998年8月30日19：30时，在7204工作面内因老顶初次来压发生的冲击矿压事故，运输道上帮片帮高3m，深2m，巷道积炭2m厚，推倒运输巷超前支架15棚，造成工作面内运输机向老塘侧70°立起，工作面内堆积0.5m左右的浮煤。3、煤柱区域形成高应力区的影响在回采过程中，自切眼开始，随着工作面的推进，靠近工作面的煤壁因顶板自重应力的作用，出现应力集中现象，此应力并经过煤体向底板内传递，而在回采过程中形成的孤岛煤柱，其相临采空区的煤壁均因应力集中而出现叠加的集中应力现象，使整个煤柱成为一个极大的压应力源，一旦集中应力远大于煤体的承载极限，就极容易发生冲击矿压，加上煤柱的顶底板均为完整性好、质地坚硬的砂岩，使得影响范围进一步扩大。三河尖矿发生此类冲击矿压达11次，例如，2000年3月11日04：26时，9112工作面过上层煤柱影响区域期间，在运输道发生的冲击矿压事故。（二）、冲击矿压的表现形式及分类主要是煤体冲击，冲击事故发生时伴有巨大声响、形成大量的煤尘、产生冲击波，工作面或巷道两帮的煤体在瞬间向工作面或巷道内迅速抛出堵塞巷道、移动或掀翻工作面及巷道设备、推倒支架、底鼓、顶板下沉，持续的板炮掀翻工作面内或巷道内设备、推倒支架，造成人员和财产损失。第一章冲击地压监测技术一、综合指数法影响冲击矿压的主要因素有地质方面的因素（如开采深度、煤层的物理力学特性、顶板岩层的结构特征、地质构造等）；也有开采技术方面的因素（如上覆煤层的停采线、残采区、采空区、煤柱、老巷、开采区域的大小等）。根据对这些冲击矿压影响因素的分析，确定各个因素对冲击矿压危险状态影响的指数，将其综合起来，就是冲击矿压危险状态等级评定的综合指数法。二、电磁辐射法观测采用KBD-5电磁辐射监测仪，对预先设置的各个测点每天派专人进行监测，电磁辐射数据每班进行处理和分析，若电磁辐射值出现异常时，及时安排卸压处理并通知相关单位。三、钻屑法检测根据工程类比法，当钻粉量大于正常钻粉量1.5倍时，则可判定所测地点有一定的冲击危险；若打钻过程中出现卡钻、吸钻、煤炮增多等异常现象，则可判定所测地点存在冲击危险；同时对采用电磁辐射法测出数据异常的地点，最迟在16小时之内采用钻屑法进行复查。四、微震法记录冲击地压的发生及卸压爆破时诱发的震动，分析震动发生的趋势及震动能量变化趋势，以每日正常接收的信号为依据，根据震动信号的多少和震动能量的大小来对冲击地压的危险程度提出预测。五、常规矿压观测对支柱的初撑力和工作阻力进行观测，观测数据每天进行处理分析，掌握顶板动态。谢谢ThankyouverymuchByebye