礦震對鶴崗礦區礦井安全生產的影響及防治對策

韓福生，連鴻全

(黑龍江龍煤鶴崗礦業公司，黑龍江 鶴崗 154100)

礦震是由于井下采礦活動導致巖層應力突然釋放而引起的一種動力現象,是與采礦活動伴生的地質災害。只要有采掘活動，就有礦震的產生。礦震的發生往往會導致井下冒頂、塌方、底鼓、片幫等次生災害，帶來工程設施的毀壞、開采設備的損壞和作業人員的傷亡。較大的礦震還會使地面建筑受到一定程度的破壞,并使地面數公里范圍內有震感。

沖擊地壓是礦震的一種特殊顯現形式，可以定義為：礦山井巷和采場周圍煤巖體，由于變形能的釋放而產生的以突然、急劇、猛烈的破壞為特征的動力現象。簡單地講，沖擊地壓就是煤(巖)體的突然破壞現象。它是影響煤礦安全生產的重大災害之一。

沖擊地壓在我國不同地區的煤礦和不同專業書刊中有不同的稱謂，常見的有“沖擊礦壓”、“礦山沖擊”、“煤爆”、“巖爆”等。

1 鶴崗礦區概況

鶴崗礦區是一個具有百年開采歷史的老礦區，1917年開發，1945年建企，井田呈南北分布，礦區面積252 km2. 煤種以1/3焦煤和氣煤為主，兼有部分主焦煤，煤質特低硫、低磷、低砷，是國家首批確定的特殊和稀缺煤類礦區?，F有地質儲量16.2億t，其中可采儲量8.8億t，有可采和局部可采煤層36層，煤層總厚度39～86 m，煤層傾角20°～30°.

鶴崗附近是天然構造地震活躍的地區，礦區內有規模宏大的活動性斷裂“郯-廬”，斷裂北延帶的分支“伊-舒”斷裂在鶴崗煤田東部通過。鶴崗煤田處于3個地震帶之間，鳳翔-興東-四方山地震帶、尚志-石頭廟子地震帶、湯源-裕德地震帶，其中尚志-石頭廟子地震帶距鶴崗煤田較近、較活躍。

2 礦震危害對鶴崗礦區安全生產的影響

鶴崗礦區因地質構造的斷裂、地震活動的影響以及開采深度的增加，礦震頻繁、能量較大。從富力礦1998年發生第一起沖擊地壓事故起，已有多個礦井發生沖擊地壓，分別為富力礦、南山礦、峻德礦和興安礦。經統計，2012.01.01—2013.03.17，鶴崗分公司微震系統監測到1×104J以上礦震活動總計2 071次，發生沖擊地壓顯現21次。鶴崗地震臺監測到鶴崗礦區發生礦震291次，其中有139次與礦區微震監測系統監測時間相吻合。

其中，峻德礦微震系統監測到74次，總計發生影響生產的沖擊顯現9次，沖擊顯現區域均為三水平北17層三四區一段一分層。發生沖擊顯現的最大能量為1.34×106J，震級2.28，時間為2012年9月12日；最小能量為2.22×103J，震級0.81，時間為2012年8月30日；沖擊影響破壞最大的為2013年3月15日，能量為9.36×104J，震級1.67，造成5名礦工遇難。

興安礦監測到194次，總計發生影響生產的沖擊顯現5次，沖擊顯現區域為四水平北11層1-3區二段底板層(4次)、四水平南11層1-3區二段一分層風道掘進(1次)。發生沖擊顯現的最大能量為1.67×106J，震級2.33，時間為2012年9月15日(一分層風道掘進)；最小能量為2.04×104J，震級1.36，時間為2012年2月22日(北部底板層風道掘進)。

富力礦監測到60次，沒有發生影響生產的沖擊顯現。

南山礦監測到1 386次，發生影響生產的沖擊顯現7次，沖擊顯現區域均為盆底區南翼15層三分段。發生沖擊顯現的最大能量為5.78×106J，震級2.61，時間為2013年1月18日；最小能量為2.09×105J，震級1.85，時間為2012年6月19日；破壞影響較大的沖擊為2012年12月7日，釋放能量為4.55×105J，震級2.03，工作面停產20天，進行恢復、卸壓治理。

益新礦監測到357次，沒有發生影響生產的沖擊顯現。其中監測到鄰礦振興煤礦1×103J以上礦震總計119次，其中1×103J礦震86次，1×104J礦震28次，1×105J礦震5次。從震源分布看，各月震源分布較散、不集中，且大部分距離振興礦18層工作面較遠。2013年3月，總計監測到振興礦1×103J以上礦震12次，震源主要集中于北部18層工作面周圍，尤其3月11日震源集中于該區。對照震源時空關系，工作面周邊礦震頻次頻繁、能量較大，震源分布較廣,說明振興礦北部18層工作面回采，引起周邊已采區(該區左部、右部及上部)以及周邊斷層區域頂、底板活化，造成該區域圍巖大范圍活動。

2013年3月11日振興煤礦采煤一隊在停產期間突發井下泥石流，當日益新煤礦SOS微震系統監測到1 000 J以上礦震事件8次， 13時44分52秒發生能量4.14×105J的礦震，相當于里氏震級2.01級。隨后在振興煤礦采煤一隊工作面周圍相繼發生多次震動，根據震源位置和時間分析，礦震的發生使工作面及巷道周圍覆巖活動瞬間加劇，造成該區域圍巖大范圍活動，在應力重新分布的同時產生了多次不同能量的震動。

現鶴崗礦區開采深度多在500～800 m，隨著開采深度的不斷增加，由礦震引發的沖擊地壓日趨嚴重，已成為威脅鶴崗分公司礦井安全生產的重大災害之一。

自2012年以來發生21次影響安全生產的沖擊顯現，累計破壞巷道528 m，停產恢復影響峻德礦9天(不含2013年“3.15”停產時間)、興安礦7天、南山礦24天，不完全統計少出煤量16萬噸多，直接經濟損失15 000余萬元。“3.11”事故的發生致使振興礦北部永久封閉，造成礦井無采煤工作面，損失慘重。振興煤礦突水前后2 h益新礦靠振興礦邊界震源分布圖見圖1.

圖1 震源分布圖

3 防治對策

為減少礦震頻次，降低礦震和沖擊地壓顯現強度，主要采取如下治理方法：

1) 優化采區設計，減少階段煤柱和分區煤柱的留設，杜絕孤島開采；優先開采保護層，從源頭治理沖擊地壓。

2) 對頂板實施深孔預裂爆破，縮短破斷步距，降低震源能量。

3) 采取煤巖預卸壓措施，增加衰減指數，降低誘發能量。

4) 采取煤層預注水措施，降低煤層沖擊傾向性。

各種自治理手段不能消除礦壓顯現與礦震，只是最大限度地減弱礦震(沖擊)的顯現強度，達到沖擊地壓 “有震無顯、有震無災”的目標。

鶴崗礦區沖擊地壓煤層基本頂多為厚而堅硬頂板，一般在煤層以上50～100 m. 厚而堅硬基本頂使工作面上位形成范圍廣、跨度大的覆巖大結構。

按現有的頂板預裂手段，施工條件、預裂深度有限，還很難弱化煤層頂板50 m以上厚而堅硬的基本頂。

對頂板深孔預裂打鉆，施工難度大，需要有適宜的施工場所和設備，還需要投入大量的人力、物力，既增加了成本投入，又制約著生產能力的有效發揮。

為減少、消弱礦震危害，鶴崗公司與科研單位建立了長期合作機制，開展了多項科研項目研究：1) 開展“基于防沖的多煤層協調開采設計關鍵技術”研究，對鶴崗公司煤礦進行合理開采部署、開采保護層，盡量減少覆巖主關鍵層懸空面積與采空區周圍的能量聚集；優化開采技術參數，控制采動導致的礦壓顯現強度。2) 借助峻德礦沖擊地壓和隱患排查治理工程，研究適用于鶴崗礦區的弱化厚而堅硬頂板的實施方案(深孔預裂、巖石水力致裂等)，實施采前 “大范圍、高強度”的煤巖預卸壓；通過高強度的煤巖預卸壓措施，控制強礦震的頻次和能量以及可能誘發的礦壓顯現烈度。

4 下步構想

1) 研究、試驗由地表打鉆孔至覆巖主關鍵層下位離層帶，在地面設置注漿站，注漿材料為粉煤灰加水制成的漿液，使用壓力泵將粉煤灰漿液通過管路和鉆孔注入離層帶，漿液中的水通過巖層裂隙滲流流失，粉煤灰在離層空間內沉淀形成充填體。

2) 選擇適宜的塊段，研究、試驗充填開采，減少礦震危害，最終實現有震無顯、有震無災、不影響生產、不傷人，無大的財產損失。