多煤层开采矿井冲击地压综合防治方法

摘要

本发明公开了一种多煤层开采矿井冲击地压综合防治方法，根据监测数据估采用两帮卸压爆破、开设疏压硐室和煤层高压注水进行防治，其中，监测数据的来源包括电磁辐射监测、钻屑法煤粉监测，矿压监测和微震监测系统监测，深孔卸压爆破是在工作面上、下巷掘进期间，紧跟掘进工作面在上巷的下帮、下巷的上、下帮布置深孔卸压爆破，开设疏压硐室是掘进期间在上巷的下帮和下巷的上、下帮每隔40米开设疏压硐室一个，煤层注水是在巷道的上下帮及疏压硐室内施工超前注水辅以高压煤层注水进行冲击地压防治。本发明采用多种方法进行综合预测预报，提高冲击地压防治水平，又能够有效降低冲击地压带来的损失，极大的加强了防冲工作的针对性和有效性。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿安全，具体是一种多煤层开采矿井冲击地压综合防治方法。

背景技术

冲击地压诱发因素包括以下几方面因素：（1） 坚硬顶板，厚而坚硬的砂岩顶底板易于积蓄能量，在这种情况下，顶板断裂引起的煤岩冲击动力失稳过程异常迅猛。这种煤岩冲击动力失稳的破坏性最大，在所有的顶板煤岩冲击动力失稳类别中突发性最强，没有诸如压力增加、两帮结构发生变化等这类正常煤岩冲击动力失稳现象的预兆。围岩性质主要是顶板岩性和厚度及其在煤层开采后的可冒性，是影响煤岩冲击动力失稳的重要因素，特别是当老顶为厚层砂岩或其它坚硬岩层，底板也是坚硬岩层结构的冲击危险煤层更具有冲击危险性。（2）极不稳定煤层，煤层厚度突然变化、煤层分岔、薄化或尖灭、倾角变化的部位是支承压力增高的区域，易诱发煤岩冲击动力失稳。四川天池煤矿、北京门头沟煤矿等煤岩冲击动力失稳灾害都具有同样的规律。（3）开采形成高应力区，不合理的开采设计与施工常形成高应力区域，而诱发煤岩冲击动力失稳。出现高应力区的原因主要有：①采区开采顺序不合理；②开采方法不合理；③顶板管理方法不合理；④工作面支架强度低；⑤厚煤层分层开采不合理；⑥大巷或顺槽布置在煤柱下方；⑦开采方向不合理。

在某一矿井或某一生产区域内，诱发煤岩冲击动力失稳的因素是确定的，如开采参数、地质构造或煤层稳定性或采深等，而且这些参数都是深部岩体特性的具体体现。冲击地压研究的最终目的是有效地防治冲击地压的发生。从冲击地压的形成机理看，控制冲击地压灾害的发生，实质上就是改变煤岩体的应力状态或控制高应力产生，以保证煤岩体不足以产生失稳破坏或非稳定破坏。根据实际煤岩体条件，冲击地压的防治包括两个方面，即已具有冲击危险煤岩层的冲击地压解危和目前尚无冲击危险但开采过程中可能发生冲击地压的控制问题。

冲击地压防治工作从理论研究、预测预报、综合治理等方面都取得了大量的成果。在机理探讨上有强度理论、能量理论、刚度理论、冲击倾向性理论、煤岩失稳理论等多种理论，从不同角度揭示了冲击地压的发生机理，对认识冲击地压现象有重要作用。但是，由于冲击地压形成机理极为复杂，它的显现又是多种多样的，目前对冲击地压的认识还不是很清晰，还没有形成统一的理论。在冲击地压的预测预报中，由于冲击地压发生的随机性和突发性，以及破坏形式的多样性，单凭一种方法往往收效较小。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效地防治冲击地压的发生的多煤层开采矿井冲击地压综合防治方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种多煤层开采矿井冲击地压综合防治方法，根据监测数据采用两帮卸压爆破、开设疏压硐室和煤层高压注水进行防治，其中，监测数据的来源包括电磁辐射监测、钻屑法煤粉监测，矿压监测和微震监测系统监测，深孔卸压爆破是在工作面上、下巷掘进期间，紧跟掘进工作面在上巷的下帮、下巷的上、下帮布置深孔卸压爆破，每5米布置一个卸压爆破孔，卸压爆破孔滞后掘进工作面距离≤8m; 开设疏压硐室是掘进期间在上巷的下帮和下巷的上、下帮每隔40米开设疏压硐室一个，疏压硐室设计尺寸为：深×宽×高＝4.5m×4.0m×2.6m；硐室开口距离巷道底板0.3m，疏压硐室为梯形断面，采用锚网索进行支护，顶部锚杆采用￠22×2500mm全螺纹锚杆，间排距700×700mm，两帮采用￠40×2000mm木锚杆，间排距800×800mm，菱形金属网护顶帮，在顶部施工两排锚索，第一排在硐室开口处，第二排距第一排1m，锚索规格￠17.8×8000mm；煤层注水是在巷道的上下帮及疏压硐室内施工超前注水辅以高压煤层注水进行冲击地压防治。

本发明在分析地质条件和生产技术条件的基础上，采用多种方法进行综合预测预报，提高冲击地压防治水平，又能够有效降低冲击地压带来的损失，为采前的开采方案设计和开采过程中的冲击地压综合防治工作提供科学依据和技术保障，极大的加强了防冲工作的针对性和有效性。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作清楚、完整的描述。

本发明所述的多煤层开采矿井冲击地压综合防治方法是根据监测数据采用两帮卸压爆破、开设疏压硐室和煤层高压注水进行防治。

一，数据监测

监测数据的来源包括电磁辐射监测、钻屑法煤粉监测，矿压监测和微震监测系统监测。综合所有监测数据，分析掘进期间巷道应力布局情况，对冲击地压危险区域进行预测预报。

1、电磁辐射监测

（1）、利用KBD—5型电磁辐射仪对工作面上、下巷进行电磁辐射监测。测点布置在工作面上巷的下帮和下巷的下帮，掘进工作面布置2个点，距上、下帮各0.5米，向外前100米，每10米布置一个测点，后250m每20m布置一个测点，对已划分的冲击地压危险区域进行分区段监测（每20m布置一个测点），每个测点监测2分钟，每天监测一次。当某一测点监测遇到干扰值偏大时，应在此点排除干扰的情况下重新监测，确认是否正常。

（2）、监测预报指标为强度值，利用电磁辐射仪测得的强度值的大小及变化对工作面进行预测预报。

2、钻屑法煤粉监测

钻屑法作为验证手段，对监测出的危险区域巷道两帮进行钻屑法煤粉检测，钻屑采用ZQSJ-90/2.4型手持式风动钻机，钻杆采用1m探煤钻杆，钻杆直径Ф42mm，钻孔深度10m，钻孔角度+5°。取屑从第4m（第4杆）到第10m（第10杆）依次进行取屑，每米称重一次，当出现煤粉重量达到或超过2.8Kg/m时，要将该钻孔直径改为75mm， 并该钻孔深度延伸至20m，然后进行卸压爆破（爆破参数同两帮卸压爆破参数）。

3、矿压观测

在掘进期间巷道中布置矿压观测点,跟随掘进工作面向前掘进时，沿工作面每6到10个支架布置一条测线，每条测线安装一台YHY60(B)矿用数字压力计。一般每三天采集一次数据，特殊情况一天采集一次。采集的数据及时通过专用数据处理软件进行分析保存。发现数据异常，工作面来压，要及时下达来压通知和冲击地压危险性预报。

4、微震监测预报

采用波兰SOS微震监测系统实现整个矿井大范围的，高位岩层的低频、高能量大微震事件的监测预测为工作面掘进期间冲击地压防治提供技术依据。

二，防治措施

1、两帮卸压爆破

在工作面上、下巷掘进期间，紧跟掘进工作面在上巷的下帮、下巷的上、下帮布置深孔卸压爆破，每5米布置一个卸压爆破孔。卸压爆破孔滞后掘进工作面距离≤8m，加强巷道应力释放，避免巷道应力集中的情况出现。

爆破前，爆破地点左右20m的巷道必须洒水灭尘，必须详细检查工作面及爆破地点及附近20米范围内风流中瓦斯浓度，只有当瓦斯浓度不超过0.5％时方可起爆。炮眼打好后，要逐眼装药、连线，每眼装药量为10.8kg。为确保眼内药卷的完全引爆，炮眼采用连续方式装药，爆破孔采用6节雷管引爆，每个药卷安设一个雷管，眼内各个药卷必须接压，采用正向起爆。 上下巷掘进期间及解危期间进行卸压爆破时，巷道掘进长度小于300m时，所有人员必须撤至上下巷车场处的安全位置下，巷道掘进长度大于300m时，撤人半径不得小于300m，躲炮时间不得少于三十分钟。爆破完毕后，爆破工、现场负责人开始对爆破地点及工作面的情况认真检查，是否有拒爆现象，发现隐患及时处理。放炮后，距放炮点20米范围内应洒水降尘。

2、开设疏压硐室

掘进期间在上巷的下帮和下巷的上、下帮每隔40米开设疏压硐室一个，疏压硐室设计尺寸为：深×宽×高＝4.5m×4.0m×2.6m；硐室开口距离巷道底板0.3m，疏压硐室为梯形断面，采用锚网索进行支护，顶部锚杆采用￠22×2500mm全螺纹锚杆，间排距700×700mm，两帮采用￠40×2000mm木锚杆，间排距800×800mm，菱形金属网护顶帮，在顶部施工两排锚索，第一排在硐室开口处，第二排距第一排1m，锚索规格￠17.8×8000mm，硐室施工完后在硐室口打好栅栏门，除瓦检员和防冲员可进入检测气体和进行矿压观测外，其他人员不得进入。

3、煤层注水

工作面掘进施工中除卸压爆破外，还要在巷道的上下帮及疏压硐室内施工超前注水辅以高压煤层注水进行冲击地压防治。

每天对所有监测数据进行分析，综合分析冲击地压危险程度，确认有冲击危险时，立即采用钻屑法进行验证，当钻屑指标超标时，及时对检测强度值异常地段进行卸压爆破，解危措施实施后，用电磁辐射仪进行检验，直至电磁辐射仪监测正常时，方可确认危险解除，可进行正常作业。

下面以同煤集团忻州窑煤矿为例说明本发明的实施效果。

忻州窑煤矿地处大同向斜北部最低部位，开采侏罗系煤层,属高瓦斯矿井，矿井年生产能力为230万吨，主要采用走向长壁式综采、综放采煤法。11^-2-12^-1煤合层为当前的主采煤层，其采深平均约378 m。该矿采用多煤层联合开拓,层间距为0-30 m。顶板发育有10-25 m厚的层状整体砂岩,普氏系数 f= 8-16，煤层厚度0.8-13 m ,普氏系数 f= 4.5,节理裂隙不发育，属典型的坚硬顶板、坚硬煤层条件。

据统计，2004年至2010年，忻州窑矿在东三盘区和西一盘区等不同盘区发生危害不一的冲击地压灾害30余起，造成不同程度的巷道和设备破坏以及一定的人员伤亡，影响了生产的正常进行，恢复生产需投入大量的人力物力财力。本发明项目实施至今，虽仍有冲击地压的发生，但在预测和防治措施实施后，基本不会影响正常的生产。比较项目实施前后冲击地压的危害程度可得该项目的经济效益，分述之：

1、保证正常生产。忻州窑矿年产230万吨，而冲击地压灾害的发生会中断生产，躲避危险期、进行必要的防治措施直至排除危险的过程将影响煤矿的生产，估计约为100天/年，按吨煤利润173.11元计算，通过保证生产的持续进行，该项目可增加经济效益约173.11×230×100/365=10908万元。

2、节省巷道翻修的费用。表1所示为巷道施工费用，按冲击地压一年破坏巷道200米计算，项目实施后节省巷道翻修费用约为17712.12×200=354万元。

表1 巷道施工费用

支护材料费（元/米）翻修费（元/米/年）初期投资费用（元/米）9356.068356.0617712.12

3、同时，冲击地压灾害的及早预测防治可减少矿山设备的损坏，从而节省部分设备更新和维修的费用，预计每年可节省约500万元左右。

本发明要求保护的范围不限于以上实施方式，对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。