崔木煤矿冲击地压高效防控技术体系.pdf
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1、第 卷第 期煤炭科技 年 月 收稿日期:;:基金项目:国家重点研发计划(、);国家自然科学基金()作者简介:郭伟(),男,陕西咸阳人,工程师,年毕业于西安科技大学地质工程专业,现任陕西永陇能源开发建设有限责任公司崔木煤矿防冲副总工程师,主要从事冲击地压防治工作。引用格式:郭伟,桑成辛,王桂峰,等 崔木煤矿冲击地压高效防控技术体系 煤炭科技,():,():,文章编号:()崔木煤矿冲击地压高效防控技术体系郭伟,桑成辛,王桂峰,孙衍兴,曹安业,郝琪(陕西永陇能源开发建设有限责任公司 崔木煤矿,陕西 宝鸡 ;中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏 徐州 )摘要:为解决崔木煤矿面临的冲击地
2、压灾害难题,围绕冲击地压机理、监测技术、区域和局部精准防控技术等开展系统研究,建立了冲击地压高效防控技术体系。研究表明:明确多因素叠加影响下冲击地压类型及其诱发机理,为灾害探测预警与防治奠定了基础;冲击风险源精准判识预警技术,提高了冲击危险预测预警准确性;战略性开拓开采优化设计以及工作面采前风险科学评估和防冲方案设计,从源头上降低了冲击地压发生风险;采中动态监测预警和防控技术,实现动态预警、卸压解危、效果检验、动态调控开采速度以及提升矿井防冲匹配能力等,减少了监测与治理的盲目性,保证了 、等工作面的安全开采。研究可为国内外矿井的冲击地压治理提供重要参考。关键词:冲击地压;诱冲机理;开采优化;监
3、测预警;防控技术中图分类号:文献标志码:,(,;,):,:,;,;,:;:当前我国煤炭开采强度与深度逐年增大,冲击地压已成为制约煤炭资源安全高效开采最主要的动 年第 期煤炭科技第 卷力灾害之一 。同时,我国煤炭资源开发重点正在向西部转移,陕蒙矿区蕴含有极为丰富的煤炭资源,在未来很长一段时间内都将会是煤炭资源开发的主力区域 。随着陕蒙矿区的开发利用,该区域冲击地压频发,由于其独特的地质条件、岩层结构、开采布局等均与传统的山东、河南等东部冲击地压矿区差异较大,其冲击地压主控因素、诱发机理、显现特征等存在不同之处 。因此,针对陕蒙矿区煤炭资源深部开采过程中冲击地压事故频发的问题,急需建立系统规范的冲
4、击地压机理研究、监测预警、风险评估、卸压解危与效果检验等全过程全周期的冲击地压防控技术体系,以满足煤炭安全高效开采的要求,对助力区域经济发展、保障能源“压舱石”稳定具有重要意义。陕蒙矿区崔木煤矿开采过程中发生过多次冲击矿压现象,致使大量设备被损坏、巷道被破坏,对矿区安全生产造成重大威胁。由于此前崔木煤矿对于冲击地压发生机理缺乏科学合理的研究,所采用的冲击地压监测预警、防治技术适用性不够,未形成行之有效的防控体系,冲击地压一直是困扰崔木煤矿安全高效开采的关键问题。通过对矿井主控因素、动静载力源及采动全过程矿震、应力和能量的演变规律进行综合分析,研究潜在的冲击地压类型及其诱发机理,围绕战略性开拓开
5、采优化设计、采前风险科学评估和防冲方案设计、冲击地压监测预警技术、区域和局部精准防控技术等开展系统研究,建立崔木煤矿冲击地压高效防控技术体系,并开展了工程实践,研究成果可为国内外矿井的冲击地压治理提供重要参考。多因素叠加影响下冲击机理研究崔木煤矿位于永陇矿区东端,行政区划分属麟游县、彬县管辖,划定矿区范围在原北湾太阳寺井田范围内。西以普化河为界,东以底店米家寺为界,北以韩家普化东西一线为界,南以伍塬房潘家堡子东西一线为界。煤层一般含夹矸 层,最多 层;夹矸厚 ,含矸率 ,平均 ;夹矸为炭质泥岩、泥岩及泥质粉砂岩或细砂岩,煤层顶部和底部夹矸多,中部夹矸少。煤层顶板多为深灰色泥岩,个别钻孔为铝质泥
6、岩、炭质泥岩或粉砂岩、细砂岩、中粗粒砂岩,厚度 ;伪顶为炭质泥岩和泥岩,厚度 。煤层底板为灰深灰色泥岩、灰褐色铝质泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩或粉砂岩、中粗粒砂岩,厚度 ;伪底为炭质泥岩和泥岩,厚度 。崔木煤矿开采条件及诱冲机理复杂,褶曲、断层构造发育,工作面开采过程中存在沿褶曲轴部、横穿过褶曲轴部、横穿过断层、沿断层布置等单一或者复合特征,且受采空区和煤柱、大巷层位、底煤留设等开采因素影响。各个因素的影响程度难以评估,特别是多种因素往往相互叠加,且不同地质和开采条件的叠加因素各不相同,导致矿井冲击地压发生机理复杂、防控针对性不足。通过对 和 工作面全过程的数值模拟、现场观测,揭示了向斜和断层构造
7、、采掘互相干扰、顶板岩层破断、临空区等对矿震活动规律和强矿压显现的影响,确定了 和 等采掘工作面以及大巷的冲击地压动静载力源及分布规律,判识了多因素叠加影响下工作面冲击地压风险,明确了工作面及大巷潜在的冲击地压类型及其诱发机理,实现了对崔木煤矿冲击地压灾害发生机理的认识,为灾害探测预警与防治奠定了基础。、工作面垂直应力分布云图如图 所示。图 采掘区域垂直应力分布云图 年第 期郭伟,等:崔木煤矿冲击地压高效防控技术体系第 卷 战略性开拓开采优化设计 开拓大巷层位调整北翼大巷采用三巷布置(图 ),分别为北翼辅助运输大巷、北翼带式输送机大巷和北翼回风大巷,巷间煤柱宽度 。条大巷部分位于花园阳坡向斜轴
8、部等地质构造的特殊部位,同时采用两翼开采,在开采后期易造成开采应力及构造应力均向大巷区域集中,使得大巷处于冲击危险区域内。另外,北翼预留有底煤,底煤的留设更进一步增加了冲击危险性。自北翼八号大巷联巷起,大巷进入煤层顶板上方 层位,从源头上避免了冲击地压的发生。图 北翼大巷布置示意 采场布局调整目前单一 盘区两翼跳采,进一步导致北翼大巷受两侧采空的叠加影响,使得冲击危险程度进一步升高。为此,盘区工作面形成后,矿井呈现 盘区与 盘区“一井两区,一区一面”交替回采生产格局。待 盘区回采结束后,实现 盘区与新开拓 盘区“一井两区,一区一面”交替回采生产格局,有利于避免采面之间、采掘之间、掘进与掘进之间
9、的相互扰动而诱发冲击地压。底煤留设崔木煤矿主要巷道均布置在煤层中。除开拓大巷外,根据工作面掘进实测,受煤层起伏和局部断层的影响,工作面多处位置留有底煤,并且多个区域底煤厚度在 以上。较厚底板易积聚弹性能量,对冲击地压的发生起到促进作用 。根据崔木煤矿冲击显现事件分析,均不同程度地伴有底煤的瞬间突起。后续崔木煤矿工作面两巷在设计时,尽量沿煤层底板布置、不留底煤,个别区域受断层、褶曲等地质条件限制将留有底煤,设计有专项断底措施。强化抗冲击支护体系崔木煤矿开展了冲击危险区域巷道支护效果评价工作,增加了北翼胶带大巷支护强度。在北翼胶带大巷采取注浆加固、加强支护处理,提高大巷抗冲击能力;工作面巷道除强化
10、锚网索主动支护外,还采用液压支架替代单体加强支护。开展强冲击煤层全煤巷道的支护参数调整及控制技术研究的科研攻关,通过调整巷道支护方式及支护参数,提高了冲击危险巷道抗震和抵抗冲击破坏的能力。建立冲击风险源精准判识预警技术矿震与岩体内裂隙的发生发展情况相对应,因此矿震时间、空间分布异常复杂。根据矿震频次、能量等时序变化或矿震空间演化进行监测预警时,面对大量无规则的监测数据,难以发掘其内在演化规律,导致冲击地压灾害预警准确率较差。中国矿业大学通过构建多场多参量监测预警模型,形成冲击地压风险精准判识预警理论及技术,开发了各类监测信息的采集、传输、管理、分析、预报、决策、发布等一体化的冲击地压智能综合监
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