G-开采-冲击地压煤层开采

第六节冲击地压煤层开采第八十一条开采冲击地压煤层的煤矿应有专人负责冲击地压预测预报和防治工作。开采冲击地压煤层必须编制专门设计。冲击地压煤层掘进工作面临近大型地质构造、采空区，通过其他集中应力区以及回收煤柱时，必须制定措施。防治冲击地压的措施中，必须规定发生冲击地压时的撤人路线。每次发生冲击地压后，必须组织人员到现场进行调查，记录发生前的征兆、发生经过、有关数据及破坏情况，并制定恢复工作的措施。【解读】本条是冲击地压煤层开采的有关规定。冲击地压又叫矿山冲击，在国内人们习惯称之为"煤爆"、"岩崩"、"板炮"、煤炮"等。目前国内外对冲击地压发生的机理尚处在探索阶段，先后产生了刚度理论、强度理论、失稳理论，但有一点达成了共识，就是冲击地压发生是煤 (岩)体内的弹性能，在外界因素的触发下，急剧、猛烈、突然以破坏性为特征的动力现象，它是矿山压力显现的一种特殊形式。具有以下特点：冲击地压发生前一般没有明显预兆，事先无法确定发生的时间、地点和强度。发生过程暂短，只有几秒，十几秒，但波及范围可达几千米，十几千米。破坏性大，摧毁巷道，压坏支架，造成人员伤亡。冲击地压是煤矿严重的灾害之一，1783年英国发生了世界采矿史上第一次冲击地压，1933年我国第一次冲击地压发生在抚顺胜利矿。由于冲击地压煤层开采的特殊性，因此在开采前必须编制专门设计和制定安全措施。冲击地压发生前虽没有明显预兆，只要深入现场进行调查，捕捉发生前的蛛丝马迹，就有助于对冲击地压的防治和研究。详细记录发生经过、有关数据及破坏情况，也是对冲击地压研究工作的经验积累。第八十二条开采严重冲击地压煤层时，在采空区不得留有煤柱。如果在采空区留有煤柱，必须将煤柱的位置、尺寸以及影响范围标在采掘工程图上。开拓巷道不得布置在严重冲击地压煤层中。永久硐室不得布置在冲击地压煤层中。【解读】本条是开采严重冲击地压煤层时的有关规定。冲击地压的发生主要是由岩石内部积聚的能量所引起的，是矛盾的内因。外界因素对冲击地压的发生起到触发作用，是矛盾的外因。由于采矿活动引起了矿山压力重新分布，形成了支承压力，因此，开采活动极易诱发冲击地压，尤其是在采空区留设煤柱时，因周围媒体被采出对采空区进行了处理，已采区的压力得到缓解和释放，但在整个顶板系统中其压力并未消失，此时压力将作用在煤柱上，在煤层上形成了新的应力集中，使得煤体极限平衡状态遭到破坏和支撑能力降低，煤体内积聚的大量弹性能的突然释放而诱发冲击地压。煤柱上的集中应力不仅对本煤层开采有影响，还可向下传递，对下部煤层形成冲击条件，要求在采空区留有煤柱时，必须将煤柱的位置、尺寸以及影响范围标注在采掘工程图上。开拓巷道、永久硐室一般都是为全矿或几个采区服务的，安置有大型设备，服务年限长，若将这些巷道、硐室布置在严重冲击地压或冲击地压煤层中，一旦发生冲击地压将严重影响全矿生产，造成较大的经济损失。第八十三条开采煤层群时，应优先选择无冲击地压或弱冲击地压煤层作为保护层开采。保护层有效范围的划定方法和保护层回采的超前距离，应根据对矿井实际考察的结果确定。开采保护层后，在被保护层中确实受到保护的地区，可按无冲击地压煤层进行采掘工作。在未受保护的地区，必须采取放顶卸压、煤层注水、打卸压钻孔、超前爆破松动煤体或其他防治措施。【解读】本条是关于开采煤层群的规定。有冲击地压危险的煤层群，由于成煤条件、顶底板岩性及地质构造等因素，各煤层之间都存在较大差异，其物理性质、化学性质及力学性质都有所不同，据此各煤层的冲击倾向性也不同。抚顺矿务局龙凤矿所开采的煤层群，有四个自然分层，即三分层、四分层、五分层和六分层，在这四个分层中三分层冲击地压最严重，五分层冲击倾向较弱。按照开采原则一般应先开采靠近基本顶的三分层（由前向后开采），但由于三分层冲击地压严重，这样就不能先采三分层，首先选择冲击地压较弱的五分层开采。在开采五分层过程中又进行了充填，从而使顶板压力得到缓和，媒体中的能量获得一定的释放，对其他分层的开采起到了保护作用，解放了其他分层，所以在抚顺矿区又称此法为开采解放层，成功地回采了近万吨煤炭，有效地控制和减缓了冲击地压的威胁。由于煤层的层间距和煤层倾角及开采条件等方面的影响，保护层有效范围不尽相同，所以还必须对保护层的有效范围进行划定，从而确定保护层回采的超前距离，以便在未受保护的区域采取相应的防治措施。例如：放顶卸压、煤层注水、打卸压钻孔、超前松动爆破等，这些均属战术性、局部性预防措施，又叫解危措施。放顶卸压是减缓煤体内应力，降低冲击潜能；煤层注水的目的是改变煤（岩）体的物理机械性能，降低弹性能，使支承压力降值向媒体深处转移；打卸压钻孔和超前松动爆破的作用是改变媒体应力集中情况，同时也可使支承压力峰值向煤体深部转移。上述措施在全国各煤矿冲击地压煤层开采中，得到广泛利用，效果较明显。第八十四条开采冲击地压煤层时，冲击走，险程度和采取措施后的实际效果，可采用钻粉率指标法、地音法、微震法等方法确定。对有冲击地压危险的煤层，应根据预测预报等实际考察资料和积累的数据划分冲击地压危险程度等级并制定相应的综合防治措施。【解读】本条是对冲击危险程度的预测方法以及制定相应措施的有关规冲击地压煤层开采属特殊条件开采，必须采取一系列综合防治措施，否则将使回采工作陷入被动局面，甚至无法开采。虽然已经采取措施但还应对其效果进行预测检验。目前预测检验方法有钻粉率指标法（钻屑法）、地音法、微震法等。钻粉率指标法是在媒体内的高应力区打小直径钻孔，测试钻进过程中的排粉量，排粉粒度及动力效应。在高应力区钻进钻孔孔壁迅速现塌，不断补充煤粉，一般是正常排粉量的1.5倍以上，另外煤粉粒度也相应增大除此之外在钻进过程中还可出现夹钻、卡钻和顶钻现象。通过实验室煤样试验，参照现场实测的各项参数对比来综合判定所测煤层的冲击危险程度。地音法和微震法则是在煤体内埋设探头，由探头向主机输送信息来判定煤层的冲击危险程度。这些方法中钻粉率指标法简便易行，所有煤矿都可采用。预测后如果确定为冲击地压煤层，在设计和采掘工作中就要按冲击地压煤层管理并制定相应的综合防治措施。防治措施包括：战略性区域性防治措施（技术性先导措施）、战术性局部性防治措施（解危措施）及生产过程中预防措施。第八十五条对冲击地压煤层，应根据顶板岩性掘进宽巷或沿采空区边缘掘进巷道。巷道支护严禁采用混凝土、金属等刚性支架。【解读】本条是关于对冲击地压煤层巷道掘进断面、位置及支护的有关规冲击地压一般多发生在采掘工作面周围煤体的支承压力带内，这是由于此外应力集中，煤（岩）层承受较高的压力加之煤层本身具有冲击倾向所至。宽巷掘进就是巷道宽度加宽，巷道加宽后能使巷道两侧的卸压带范围加大，支承压力的峰值位置向煤体深部转移，且波形变的平缓，可大大地减少冲击危险，即便发生冲击地压，也因断面大使冲击能量降低，故可减少对人员的伤害和对机器设备的损坏。冲击地压是矿山压力显现的一种特殊形式，在采掘活动中所采取的对策必须符合自然规律。矿山压力是阻挡不住的，此时若架设混凝土、金属等刚性支架，势必使巷道周围媒体内积聚大量的弹性能，这是因为刚性支架没有很好的缓压性，支架允许变形小，当弹性能量达到和超过煤体允许的变形极限时便发生了冲击地压。要求在冲击地压煤层中的巷道支护应采用可缩性拱形或环形金属支架，支架即有一定的支护阻力，又有一定的可缩性，以适应围岩变形的需要。第八十六条严重冲击地压厚煤层中的所有巷道应布置在应力集中圈外；双巷掘进时，2条平行巷道之间的煤柱不得小于8m,联络巷道应与2条平行巷道垂直。【解读】本条是关于严重冲击地压厚煤层中开采时,有关巷道布置的有关规定。煤层厚度对发生冲击地压有较大影响。据南非1964〜1968年的统计资料表明，从发生冲击地压的次数看，煤层厚度5〜8m是煤层厚度1〜2m的6倍。因为在厚煤层中掘进巷道,巷道周围是煤体,使得巷道周边集中应力程度高,应力集中范围也大,为发生冲击地压创造了条件。我国抚顺矿区属特厚煤层,无论是发生冲击地压的次数还是震级都相当严重,据龙凤矿统计巷道布置在应力集中圈之内,发生冲击地压的次数占全矿发生冲击地压总次数的 38%以上。因此在有严重冲击地压的厚煤层中,所有巷道都应布置在应力集中圈以外。巷道开掘后,在巷道周围3m处左右是压力集中区,此时若2个巷道平行掘进，如果两巷道之间煤柱小于8m,还可能造成应力叠加，叠加后的压力远远高于2巷道原来的支承压力,在掘进过程中很容易发生冲击地压。两条平行巷道之间的联络巷道如果与两条巷道斜交,这样就在两条平行巷道之间形成了两个三角煤柱,由于三角煤柱承载能力低,煤层载荷急骤增加,加之形成的支承压力叠加,此外极易发生冲击地压,因此要求两条平巷道之间的联络巷道,应与两条平行巷道保持垂直。第八十七条开采冲击地压煤层时应采用垮落法控制顶板,切顶支架应有足够的工作阻力,采空区中所有支柱必须回净。【解读】本条是关于开采冲击地压煤层时,采空区处理及回柱的有关规开采有冲击地压煤层时，切顶支架应有足够的工作阻力，其理由是使顶板在切顶支架处断裂，采空区侧的顶板垮落，从而减轻基本顶对工作面的压力，否则当基本顶悬露达到一定面积，顶板岩层在上覆岩层的重力下，首先发生挠曲变形，接着将出现断裂、离层，使悬顶的极限平衡状态遭到破坏，此时在顶板内积聚的大量弹性能突然释放可使工作面大面积来压，直至冒顶。如果处在冲击地压煤层开采的情况下，这时极易发生冲击地压。另外在采空区中的支架必须回撤干净，使顶板失去支撑加速垮落，达到卸载目的。有时顶板虽大面积垮落，在采空区仍剩下少量支柱未回撤干净，局部顶板未垮落而且维持时间也不会太长，但这些支柱所支撑的顶板压力未得以释放，由此也可引起或触发冲击地压的发生。第八十八条开采冲击地压煤层时，在同一煤层的同一区段集中应力影响范围内，不得布置2个工作面同时回采。2个工作面相向掘进，在相距30m（综合机械化掘进50m）时，必须停止其中一个掘进工作面，以免引起严重冲击危险。停产3天以上的采煤工作面，恢复生产的前一班内，应鉴定冲击地压危险程度，并采取相应的安全措施。【解读】本条是关于开采冲击地压煤层时，在同一煤层的同一区段集中应力影响范围内，两个回采工作面或两个掘进工作面，同时回采和相向掘进的有关规定。冲击地压的发生与煤层的物理力学性质有着直接关系，与采场所形成的支承压力有着间接关系。在同一煤层的同一区段集中应力影响范围内，如果布置两个工作面同时回采会使两个工作面的支承压力呈叠加状态，其值成倍增长，极易诱发冲击地压。同理若两个相向掘进的掘进工作面，距离较接近时也会形成应力叠加，容易发生冲击地压。采煤工作面是一个不断变化的动态空间，正常回采时，随采随放顶，能够保持动态平衡。由于某种原因使工作面停产，停产后的工作面在其空间位置上是静止不动的，但此时已经构成动态平衡系统失稳，工作面顶板来压、片帮所积聚的能量足以触发引起冲击地压的发生。因此，要求停产3天以上的采煤工作面，恢复生产前一班内，应鉴定冲击地压危险程度，并采取相应的安全措施。第八十九条有严重冲击地压的煤层中，采掘工作面的爆破撤人距离和爆破后进入工作面的时间，必须在作业规程中明确规定。【解读】本条是关于有严重冲击地压的煤层中，采掘工作面的爆破撤人距离和爆破后进入工作面的时间的规定。爆破是回采工艺中重要生产环节，在炮采工作面爆破即能落煤又能装煤，在掘进工作面爆破工作也必不可少。然而爆破工作在煤矿生产中也时常引起各类事故，尤其在冲击地压煤层中采掘爆破极易引发冲击地压。这是由于爆破后产生的爆轰波，对冲击地压的发生起到引震和诱引作用，加之爆破后煤层约束条件的改变，支承压力的重新分布和转移，控顶距离增大顶板压力增加，因此爆破后，30min钟内极易发生冲击地压。抚顺矿务局在《煤矿安全规程抚顺矿区实施细则》中规定：爆破撤人距离不小于100m,爆破后进入工作面的时间不少于30min。第九十条在无冲击地压煤层中的三面或四面被采空区所包围的地区、构造应力区、集中应力区开采和回收煤委主时，必须制定防治冲击地压的安全措施。【解读】本条是关予在无冲击地压煤层中，遇特殊情况开采，必须制定防治冲击地压