老虎台煤矿冲击地压及复杂动力灾害防治工作

抚顺矿业集团有限责任公司1冲击地压及复杂动力灾害防治工作抚顺矿业集团有限责任公司老虎台矿二○一五年七月九日汇报材料目录一、矿井基本概况2二、冲击地压发展史三、冲击地压防治措施四、冲击地压防治效果五、建议抚顺矿业集团有限责任公司3一、矿井基本情况老虎台矿开采于1907年，位于抚顺煤田中部，距市中心6km。井田东西走向长4.8km，南北宽2.0km，面积约9.8km2，现开采区域面积6.886km2。主采煤层本层煤为结构复杂的特厚煤层，自上而下分为2#、3#、4#、5#共四个自然分层，厚度0.6～110.5m，平均厚度58m。呈带状、不对称向斜赋存，近东西走向。煤层夹矸有炭质页岩、泥质页岩、泥质粉砂岩、砂岩及烛煤，夹矸厚度在0.05～15m之间。主采煤层属低硫、低磷、低灰分和高发热量的粘结性煤，煤质牌号为气煤。抚顺矿业集团有限责任公司4抚顺矿业集团有限责任公司5煤层顶板为极易冒落的油母页岩层岩层，含油率2～14%（一般5～7%）、厚度25.81～362.35m，平均194.08m。煤层直接底为灰褐色泥岩，平均厚度为2.5m，整体性较差，遇水易膨胀；基本底自上而下分为暗灰绿色凝灰岩、褐色页岩和灰绿色凝灰岩，平均厚度为42.7m。老虎台矿在-225m以上采用盘区式开拓方式，-225m以下采用斜竖井阶段水平大巷开拓方式。现采用综合机械化放顶煤采煤法，全部垮落法管理采空区。矿井设计生产能力300万t/a，核定生产能力260万t/a。抚顺矿业集团有限责任公司6井田中央布置七条入风井（六条斜井、一条竖井），东、西两翼各布置两条回风斜井，均位于煤层底板基岩之中。矿井开拓至-880m，生产水平三个即-430m（复采）、-730m、-830m。布置浅部复采区及深部东、中、西部等四个采区，按“两采两准一备”的方式组织生产。抚顺矿业集团有限责任公司7老虎台矿作为典型的冲击地压矿井，早在开采距地表300m深时就有冲击地压发生，随着开采深度的不断增加，冲击地压灾害也越来越严重，特别是在1993-2001年间，矿井冲击地压频繁发生，给工作面生产和巷道支护带来了极大的难度，严重影响矿井的安全生产。2002年1月26日，78002综放工作面回风顺槽发生ML3.7级冲击地压，是老虎台矿开采以来最大震级的冲击地压。矿井冲击地压区域分布具有以下特点：一是采深越大，冲击地压发生次数越多；二是地质构造带如断层附近、向斜轴部，是冲击地压多发带；三是孤岛煤柱区是冲击地压严重区域；四是综放面一分层冲击地压显现强烈；五是综放面开采初期、采空区“见方”及接近终采时，冲击地压发生较频繁。六是二分层（卸压带）仍有冲击地压发生，但频率和强度减弱。二、冲击地压发展史抚顺矿业集团有限责任公司8抚顺矿业集团有限责任公司9三、冲击地压防治措施多年来，抚顺矿业集团有限责任公司及老虎台矿在冲击地压防治方面，不断加大投入，联合科研机构和大专院校，广泛开展冲击地压防治技术研究，形成了预测预报、解危措施、效果检验、安全防护“四位一体”的综合防治措施。预测预报：区域预测、局部预测。防治措施：区域防治措施、局部防治措施。效果检验：检验已经采取的区域防治措施和局部防治措施是否有效。安全防护：采取加强支护、个体防护、防冲击屋、压风自救、物件捆绑、人员控制等多种安全防护措施，保证作业人员人身安全。抚顺矿业集团有限责任公司10（一）冲击地压预测预报冲击地压危险性预测预报工作包括区域预测和局部预测两部分。区域预测：是对矿井进行冲击危险区域划分，根据以往冲击地压发生规律和防治冲击地压工作经验及微震监测结果分析，初步将矿井各生产区域划分为：冲击危险区域、一般冲击危险区域和无冲击危险区域。局部预测：是综合运用钻屑法、矿压观测法、电磁辐射法、微震监测法等技术手段，对冲击危险区域和一般冲击危险区域中有采掘作业的局部地点进行冲击危险性预测预报。抚顺矿业集团有限责任公司111.钻屑法钻屑法是通过在煤层中打直径42mm的钻孔，根据排出煤粉量的变化规律和有关动力效应，鉴别冲击危险的一种方法。钻屑法具有施工方便、设备简单、投入少、预测较准确等优点，但钻屑法不能做到实时监测，而且现场施工人员测试过程存在一定的人身危险。钻孔：孔径42mm，检测深度10m。钻具：使用手持式风动钻机，螺纹钻杆，每节长1m，插接式联接，20kg量程的弹簧称用于称量煤粉重量。方法：测定每钻进1m排出的煤粉量。指标：钻屑量的临界值4kg，即S≥4kg有冲击地压危险，S4kg则无冲击地压危险；如打钻过程中有明显动力现象，即认定为有冲击危险。抚顺矿业集团有限责任公司122.矿压观测法通过对工作面支架阻力，两巷超前支护阻力、顶底板移近情况的测试，了解采场来压程度、来压步距、来压征兆、冲击地压与采动的关系，并对冲击地压及采场大面积来压进行预测预报。矿压观测法采用的设备相对简单，便于人员操作，设备成本相对较低，但相对来说监测精度较低，受监测区域其他因素影响较大，且预测时效性相对较差。监测方法：综采工作面均匀设置五条观测线，每条观测线选取两个架子，各安装一台电子支护阻力观测仪，对支护阻力进行连续观测。在两顺槽每隔100m，设置一台顶底板动态仪，对顶底板移近速率进行观测。数据分析：对数据进行总结类比，分析支架工作阻力和巷道顶底板移近量随时间、工作面推进度的关系。抚顺矿业集团有限责任公司13←顶底板动态仪液压支架工作阻力测定仪→抚顺矿业集团有限责任公司143.电磁辐射法煤岩体受载变形破裂会产生电磁辐射和声发射信号。煤岩体受载应力越大，电磁辐射/声发射强度就越大。加载速率越大，变形破裂过程越强烈，电磁辐射/声发射信号越强。电磁辐射和声发射幅值能够反映煤岩体所处的应力状态和所积聚的弹性应变能。电磁辐射/声发射的强度（幅值）主要反映了煤岩体的受载程度及变形破裂强度，电磁辐射/声发射的脉冲数（频数）主要反映了煤岩体变形及微破裂的频次。YDD16便携式声电监测仪是在KBD5便携式电磁辐射监测仪的基础上，融合了声发射及超低频电磁感应技术，是一种便携式、多通道、多信号、非接触定向监测仪器。抚顺矿业集团有限责任公司15YDD16便携式声电监测仪监测主机电磁辐射天线声发射天线抚顺矿业集团有限责任公司164.微震监测法老虎台矿微震监测系统是2008年8月自波兰EMAG公司引进的ARAMISM/E微震监测系统。使用该系统可以实现对井下微震事件的实时监测，能够较精确地计算震源位置和震动能量。通过对监测数据的统计，分析矿震发生的原因和规律，预测矿震及冲击地压的发展趋势。系统可以监测震动能量大于100J、频率范围在0~150Hz的震动事件，定位误差为±20m(X，Y)，±50m(Z)。可以将微震事件投影到矿井平面、剖面图上，直观地显示出矿井微震事件的整体情况。抚顺矿业集团有限责任公司17老虎台矿微震系统拾震器布置方式：井下分四个水平，共安设了16个拾震器，井田东西两翼各8个，其中-830m水平3个，-680m水平4个，-580m水平5个，-430m水平4个。测站布置的总体原则是：既要将监测有效范围覆盖整个井田，又要偏重于现生产采区和冲击地压多发区，以保证微震事件监测的完整性和重要微震事件监测的准确性。实现微震事件的定位，需要有至少4个拾震器接收到地震波。老虎台矿现在的拾震器布置方法，保证了深部生产采区煤层顶板、底板各有3个拾震器，并在浅部东、西两翼各设置2个拾震器，以提高对微震事件标高定位的准确度。抚顺矿业集团有限责任公司18微震监测研究方法利用微震监测进行冲击危险的预测预报，主要是采取统计对比的方法进行宏观上的预测。通过记录统计微震活动发生的时间、空间、强度分布及其变化，分析波速、频谱的变化情况，来找出微震活动的变化趋势，预测微震事件可能发生的区域和强度。主要从以下几方面进行了研究：进行震源定位，划定微震活动带微震活动在空间分布上的迁移性微震活动的重复性和填空性微震小事件震中分布面积的变化与大事件位置的关系微震序列的研究抚顺矿业集团有限责任公司19（二）冲击地压防治措施冲击地压防治措施包括区域防治措施和局部防治措施两部分，并优先采取区域防治措施。区域防治措施：采取开采保护层、合理采区布局、降低开采强度等措施降低应力集中程度；局部防治措施：采取高压注水、卸压钻孔、卸压爆破等措施，改变采场及巷道附近煤岩体的物理力学性能，减弱积聚弹性能的能力和释放弹性能的速度。抚顺矿业集团有限责任公司201.开采保护层老虎台矿主采煤层为特厚煤层，平均厚度达58m，不仅具有冲击危险，而且是高瓦斯突出煤层。因此，将顶分层作为保护层开采，在卸除地应力、释放冲击能量的同时，还可以起到大量排放瓦斯解除突出危险的作用。图为开采78002、83001综放面保护83002综放面示意图。抚顺矿业集团有限责任公司21决定保护范围和保护程度的基本因素是采空区宽度、岩体的结构和强度、采深、开采煤层的倾角和厚度、开采方法和时间等。老虎台矿实测结果证明了2~4m高度的煤巷其减压区在围岩4~6m范围内，15~20m高度的采空区其减压区在围岩的20m范围内。保护层保护的垂直距离为：上部20m范围内为被保护的范围，下部50m为被保护的范围。2006年，最后一个首分层工作面83001回采结束以后，老虎矿深部东、中、西三个采区全部完成保护层开采，采掘作业在保护范围内进行，冲击地压威胁程度有了根本性好转。冲击地压发生的次数明显减少，冲击的强度和造成的破坏都大幅降低。抚顺矿业集团有限责任公司222.优化采掘布局合理的开拓布置和开采布局对于避免应力集中和叠加，防止冲击地压关系极大。大量实例证明，多数冲击地压是由于开采技术不合理而造成的。不正确的开拓开采布局一经形成就难以改变，到工作面开采时只能采取局部措施，耗费很大且效果有限，故合理的开拓布置和开采布局是防治冲击地压的根本性措施。老虎台矿按煤层赋存标高及产状，将矿井深部划分为东、中、西三个综采区，实行综合机械化放顶煤开采。矿井形成“两采两准一备”的采掘生产布局，深部三个采区保持“一个回采，一个准备，一个备用”，每个采区只布置一个工作面，避免相互扰动。抚顺矿业集团有限责任公司233.降低开采强度降低矿井生产能力：老虎台矿矿井设计能力为300万t/a,2005年核定生产能力为335万t/a。2006年，考虑到老虎台矿各种灾害情况比较严重，尤其冲击地压仍然还是采矿界无法根治的难题，为给安全生产留有余地，以提高安全生产系数，在重新核定矿井生产能力时，辽宁省煤炭工业管理局要求老虎台矿降低矿井产量，批复矿井核定生产能力为260万t/a。降低工作面生产能力：在严格按照批复的核定生产能力组织生产的基础上，集团公司又制定了降低回采工作面开采强度的措施，回采工作面推进速度由月进尺60m降低到40m以内。通过采取降低回采工作面开采强度的措施，工作面上覆岩层活动变缓，矿压缓慢释放，应力集中程度明显缓解。实施“减面减产减人”战略，通过提升矿井生产机械化和管理自动化水平，实现了”机械化换人，自动化减人”的目标。使矿井摆脱了长期的采掘接续紧张局面，为有效实施防治冲击地压措施提供了保障。实践证明，降低矿井和回采工作面生产能力是防治冲击地压一项极其有效的措施。抚顺矿业集团有限责任公司244.卸压钻孔卸压钻孔是利用钻孔的方法消除或减缓冲击地压危险的解危措施。利用卸压钻孔可以释放煤岩体中聚积的弹性能，消除应力增高区。利用高应力条件下，煤层中聚集的弹性能来破坏钻孔周围的煤体，使煤层卸压、释放能量，消除冲击危险。钻孔孔径一般取89~113mm，钻进深度10~40m，根据煤体硬度和钻孔深度需要，选择使用2.0kw岩石电钻或液压钻机。重点区域巷道的两帮垂直于煤壁施工卸压钻孔，每架棚一组，每组2个孔，仰角5~20°。矿压显现严重地点需要进行周期性反复卸压。抚顺矿业集团有限责任公司25在有冲击地压危险的掘进工作面，实施超前卸压钻孔，采取“两掘一钻”方式作业，即在每天三班作业的一循环中利用一个小班时间打卸压钻孔，两个班掘进。每天打7~14个超前卸压钻孔，上下两排布置,孔深为10~15m，以此来掩护掘进施工，使掘进工作始终在卸压范围