重大冲击地压事故原因分析及防治杨赟

重大冲击地压事故原因分析及防治杨赟

杨赟

陕西华电榆煤电有限责任公司陕西省榆林市719000

摘要：煤炭深部矿区开采时的主要灾害就是冲击地压，冲击地压会造成重大人员伤亡与经济损失，因此得到各煤矿企业的高度重视。分析重大冲击地压事故形成原因，并给出针对性的解决措施，有效预防冲击地压事故的发生，提高煤矿开采的安全性。

关键词：冲击地压；事故原因；防治措施

随着矿井回采深度的持续增加，井下冲击地压灾害发生的频率不断加大，程度不断加剧，对矿井生产安全造成了严重威胁。而冲击地压发生机理与影响要素的多变性使得对其的防治难度大幅增加。

1、重大冲击地压事故原因

1.1防冲设计先天不足

按照防冲原则，区域先行是根本。所谓的区域先行就是在矿井设计、采(盘)区设计阶段合理部署开拓布局、采掘接续，避免结构和采动应力集中，它是系统性防冲的灵魂工作。煤矿建设过程中，面对主要大巷时而发生动力现象，按冲击地压矿井要求调整设计为时已晚，防冲设计先天不足，区域先行治理欠账严重，导致在错误的时间和地点开掘工作面或推采工作面而留存隐患。

1.2防冲工作主动性不强

局部跟进就是在区域先行措施的基础上评价采掘工作面、巷道、硐室的冲击危险性、划定冲击地压危险区域和确定危险等级，再根据区域和局部监测结果采取解危措施。解危措施一般采用煤层钻孔卸压、煤层爆破卸压、煤层注水、顶板爆破预裂、顶板水力致裂、底板钻孔或爆破卸压等方法。《煤矿安全规程》《防治煤矿冲击地压细则》中的防冲措施非常具体，规定必须执行，但由于缺乏正确认识，防冲主动性不强、积极性不高，防冲措施的实施错失良机。

1.3缺少专业技术人才

近几年煤矿在监测设备投入方面积极性普遍较高，应装备的监测设备基本都装备到位。但从事防冲工作的技术人员，从所学专业看五花八门，有采矿专业、安全专业、地质专业、通信专业，甚至还有文科专业;从在煤矿工作经历看，大多工作时间不长，有的甚至是刚入职不久的学生。所从事监测工作中最主要的是解释实时监测图，就像医生解释X光片，不同水平的大夫解释结果可能不一样，治疗效果也不大一样，有的可能延误病情。

2、重大冲击地压事故案例分析

2.1冲击地压概况

某矿回采作业中首次冲击地压发生于井下南翼采区13#煤层回采作业中，距离作业面开切眼向前推进300m。冲击地压引起煤巷壁外冒顶超过60m，同时，200m范围内底鼓量达到600mm。在此后的井下回采作业过程中，回采面巷道又先后发生多次冲击地压，导致巷道严重损坏，严重影响生产安全。

煤层赋存条件分析：13#煤层厚度均值为3.6m，埋深均值为460m，煤层倾角介于3°～5°之间。引发冲击地压的主要地质影响条件是采深。煤矿首次冲击地压发生区域埋深为420m，随后伴随回采深度的不断增加，13#煤层其他回采面回采时均发生过冲击地压，且随着深度的增加，冲击地压发生次数与破坏强度均显著增加。

煤岩强度分析：13#煤层煤质较为坚硬，其单轴抗压强度为23MPa，弹性模量为6.3MPa，为典型的冲击性倾向煤层。煤层底板为沉积岩，中硬强度。冲击地压发生位置分析：13#煤层冲击地压多发生于回采面回风巷道中，主要表现为煤体突出或煤柱型冲击，发生的位置通常为超前支撑压力集中区域。

2.2超前支撑压力分布规律

常规回采面前后方支撑压力峰值通常位于煤壁前方一定区域范围内且越往煤层深处支撑压力越接近原岩初始应力，而在煤壁后方的采空区内应力则逐渐增加直至接近原岩应力。在煤壁前方支撑压力的最大值σmax与原岩应力σ0的比值k代表应力集中系数，用以反映超前支撑压力集中程度。针对该矿13#煤层回采面超前支撑压力，采用压力盒观测的方法进行观测，压力盒通过钻孔布设在煤层中，其放置于特制的金属底座上，上部插入一个金属楔子，通过感应压力盒形变测定支撑压力数值。所用压力盒型号为GH-25，钻孔通过作业面平巷布设，孔深为2m。

压力峰值与位置：6号与7号压力盒所测得压力峰值分别为110kN和185kN。压力峰值位于煤壁前方4m～6m范围内，煤壁4m范围以内的煤体均处于压酥状态，压力比较小。通过换算可知，超前支撑压力峰值为原岩初始应力的1.6倍。超前支撑压力增长明显位置：由图4分析可知，6号、7号与8号压力盒压力增速明显提高的起始区域分别为37m、41m和36m处，这表明压力开始增加的区域在41m之外。超前支撑压力增速均值：压力盒布设位置与煤壁最远间隔43m，位于压力明显增长区域范围内。经测量可知，压力增速均值介于1.58kN/d～2.36kN/d之间。

3、冲击地压防治措施分析

3.1增强超前支护

在回采面前方40m处进行超前支柱补齐打压，作业时底板应当清洁平整，其上单体应当带帽并铺底梁；对巷道上帮诱导爆破产生的涨裂煤体和煤帮鼓出煤块及单体挤压所产生的煤块，要进行除险清理。

3.2开展巷道煤帮加固与修复

在作业面前方40m～100m范围的区域内布设超前单体支柱，单体支柱布设排距为1m，上帮柱每组3根，同巷帮距离不小于1m；下帮柱每组1根，同巷帮间隔不小于500mm，支柱阻力不小于10MPa；同时，巷道上帮全长布设帮锚，以避免煤体突出时填满巷道。

3.3对上巷煤体进行松动爆破卸压

为了避免冲击地压到来时上巷煤体应变能突然集中释放，在完成煤炭加固后，应当在巷道上帮距离顶板1000mm处开展松动爆破作业，具体做法是：将松动爆破炮眼布设在距顶板1000mm处，布设间隔为1500mm，炮眼深度1500mm，装药量为230g，单次爆破5个炮眼。爆破前后，应当对周边超前支柱进行补压作业。

3.4观测矿压

针对矿压开展观测作业，以便于实时了解矿压变化，从而及时采取相应的举措防治冲击地压的发生。同时，应当定期布设钻孔明确煤层破坏情况。

采取上述综合措施，实现了对巷道上帮和顶板的有效控制。在13#煤层综采面的回采作业中，有效应用上述综合措施，整个回采作业期间未发生一次冲击地压事故，为矿井生产安全提供了坚实保障。

3.5勇于探索灾害耦合同防共治机制

随着开采深度的增大，煤矿灾害不再是以往熟悉的瓦斯、水、火，冲击地压事故起数逐年上升，诱发瓦斯事故起数也在增加，单打独斗的灾害防治措施往往顾此失彼。例如，在确定区段煤柱宽度时就遇到这样的矛盾，从防冲角度考虑，煤柱越小越好，甚至无煤柱开采;从防止煤炭自燃、防水角度考虑，煤柱必须有一定的宽度。再如，在抽放本煤层瓦斯时，施工的瓦斯抽放孔能不能作为下一步的防冲卸压孔，如何确定孔径，如何衔接时间，才能事半功倍等等，鼓励在《煤矿安全规程》规定范围内，探索多种灾害同防共治机制，提高灾害预防水平，保障煤矿安全生产。

4、结语

总之，冲击地压作为深部回采中十分常见的一种地质现象，严重威胁矿井生产安全。矿井管理者必须高度重视这一问题，在开展回采作业的同时，积极组织专业技术人员在立足实际的基础上，总结具有针对性的井下冲击地压防治措施，为保证矿井生产安全和提升综合效率提供坚实保障。

参考文献

[1]李宏艳,莫云龙,孙中学,李磊.煤矿冲击地压灾害防控技术研究现状及展望[J].煤炭科学技术,2019,47(01):62-68.

[2]梁敏.重大冲击地压事故原因分析及防治措施[J].山东煤炭科技,2018(12):90-92.

[3]朱斯陶,姜福兴,朱海洲,张俊杰,连鸿全,韩国庆.高应力区掘进工作面冲击地压事故发生机制研究[J].岩土力学,2018,39(S2):337-343.