新安煤礦二水平沖擊地壓和礦震特點初探

李天寶

摘要：新安煤礦進入二水平回采時，隨著煤礦開采向深部轉移，出現(xiàn)了沖擊地壓和礦震現(xiàn)象，筆者經過多年的現(xiàn)場觀測及向專家教授學習沖擊地壓知識，總結出二水平沖擊地壓和礦震特點，以便為類似礦井今后的防沖工作提供參考意見。

關鍵詞：沖擊地壓;礦震;特點

引言

煤礦沖擊地壓是指煤礦井巷或工作面周圍煤（巖）體由于彈性變形能的瞬時釋放而產生的突然、劇烈破壞的動力現(xiàn)象，常伴有煤（巖）體瞬間位移、拋出、巨響及氣浪等。

沖擊地壓經常造成支架折損、片幫冒頂、巷道堵塞、人員傷亡，并產生巨大的響聲和巖體震動，震動時間從幾秒到幾十秒，沖出的煤巖從幾噸到幾百噸，對安全生產威脅巨大。

龍煤集團雙鴨山分公司隨著煤礦開采向深部轉移，沖擊地壓問題勢必將更加嚴重、突出。

礦震是礦區(qū)內在區(qū)域應力場和采礦活動作用影響下使采區(qū)和周圍應力處于失調不穩(wěn)的異常狀態(tài)，在局部地區(qū)積累了一定能量后以沖擊或重力等作用方式釋放出來而產生的巖層震動。

沖擊地壓是巖體震動集合中的子集;每一次沖擊地壓的發(fā)生都與巖體震動有關，但并非每一次巖體震動都會引發(fā)沖擊地壓。事實上在發(fā)生沖擊地壓以前煤巖體內已經出現(xiàn)礦震這些信號是分析沖擊地壓危險的重要信息。

要了解新安煤礦沖擊地壓及礦震的特點首先需要了解新安煤礦的相關情況。

1礦井概況

新安煤礦1984年投產，井田位于雙鴨山市友誼縣境內，地表標高+86.8～+150.3米。走向長度6.8公里，傾向長度4公里，面積26.9平方公里。2020年7月根據(jù)《關于科學確定災害嚴重礦井生產能力核定工作的通知》（安委辦發(fā)【2020】28號）文件要求，復核生產能力為150萬噸/年。

新安煤礦為集中斜井、水平大巷、區(qū)段石門開拓，共劃分二個水平，一水平設在-200米標高，上限+30米，下限-350米;二水平設在-500米標高，上限-350米，下限-700米。劃分八個采區(qū)，一水平五個采區(qū)，二水平三個采區(qū)，均為采區(qū)上下山布置。目前礦井主要在二水平回采。2020年末，剩余地質儲量1.74億噸，可采儲量9055萬噸。

2煤巖層沖擊傾向性鑒定情況

2013、2014年煤炭科學研究總院安全檢測中心，對礦井六采區(qū)6層、8層、8上層、10層、12層的煤巖樣進行了沖擊傾向性鑒定：8上層煤具有強沖擊傾向性，其它煤層均具有弱沖擊傾向性。這五層煤的頂板均為弱沖擊傾向性頂板巖層，8層、10層煤底板均為弱沖擊傾向性底板巖層。

2018年9月，山東科技大學采礦工程研究院，對礦井9層、10下層、20層進行了沖擊危險性鑒定：這三層煤的煤層、頂板巖層和底板巖層沖擊傾向性均屬于Ⅱ類，即為弱沖擊傾向性。

2019年山東科技大學對礦井各煤層進行了沖擊危險性評價：6層一水平二采區(qū)整體具有弱沖危險性，6層二水平七、八采區(qū)整體上具有中等沖擊危險性，8上層二水平七采區(qū)整體上具有中等沖擊危險性，8層一水平一采區(qū)整體具有弱沖危險性，8層二水平七、八采區(qū)整體上具有中等沖擊危險性，9層一水平一采區(qū)整體具有弱沖危險性，10層一水平二采區(qū)整體具有弱沖危險性，10層二水平七、八采區(qū)整體上具有中等沖擊危險性，10下層二水平六采區(qū)整體具有弱沖危險性，20層二水平六采區(qū)整體具有弱沖危險性。

3礦井、水平、采區(qū)危險性評價

礦井具有沖擊地壓危險性，礦井的兩個水平具有弱沖擊危險性;

二水平的六、七、八三個采區(qū)均具有弱沖擊危險性。

4礦井沖擊地壓和礦震特點

筆者在新安煤礦主要從事技術工作，經過多年的工作實踐，認為新安煤礦的沖擊傾向性與礦震的發(fā)生與地質構造有密切關系！自礦井安裝了BMS微震監(jiān)測系統(tǒng)和ARAMISM/E微震監(jiān)測系統(tǒng)后，系統(tǒng)監(jiān)測到的礦震幾乎都發(fā)生在褶曲、斷層部位或其附近，發(fā)生過的沖擊地壓和控制住的沖擊地壓事故也都跟褶曲、斷層等構造有關！從構造應力上看，礦井向斜構造比背斜構造要大得多。

5沖擊地壓和礦震實例

2017年礦井在八采區(qū)首產面圈面時先后掘進負480八層軌道巷和負485下山切眼時，兩個工作面受向斜構造、斷層、火成巖影響，礦壓人員發(fā)現(xiàn)頂板離層速度達到6mm/日，原應力鉆屑煤粉量平均值達到3.84Kg/米，全部超過臨界值，采用YDD16對兩個工作面迎頭及迎頭后21米左右兩幫進行檢測，發(fā)現(xiàn)電磁輻射強度平均值達到400mv，大大超過了120mv危險臨界值，聲發(fā)射平均值也大大超過了220mv的危險臨界值。這說明所測區(qū)域內的煤體自身應力載荷較高，當應力載荷超過煤體自身所能承受的極限值時，煤體會破裂釋放能量。現(xiàn)場目測發(fā)現(xiàn)煤體已出現(xiàn)片幫破裂現(xiàn)象。

得到這一情況匯報后，礦總工程師安排在兩個工作面迎頭打設了2個長度為40米的超前鉆孔，雖然起到了一定的泄壓作用，但從打鉆取得的數(shù)據(jù)采用“鉆屑法”分析后認定這兩個工作面煤體應力載荷仍較高，存在發(fā)生沖擊危險可能性。

八采區(qū)首產面在2017年7月開始回采時除采取BMS微震在線監(jiān)測外和KDB7監(jiān)測系統(tǒng)外，還采用了YDD16檢測儀、頂板離層儀、錨索應力計、支架壓力表等多種方式對工作面及兩個順槽進行礦壓觀測，同時加強了工作面及兩巷超前支護的力度。該工作面回采期間監(jiān)測到的微震事件頻率不高，釋放的能量不大，主要發(fā)生在采空區(qū)、入回風順槽之外及工作面前方煤體或頂?shù)装逯小；夭善陂g共監(jiān)測到微震56次，微震事件最大能量為103J，對工作面回采沒有造成影響。2017年12月工作面回采接近向斜軸部時，又出現(xiàn)了高應力區(qū)域的各種礦壓顯現(xiàn)，工作面停產收尾。

6結束語

礦井技術人員要充分認識沖擊地壓與礦震的關系，用微震觀測等一系列觀測方法對潛在的高能量礦震進行定位，準確描述和預警沖擊地壓，或警示管理者及時實施緊急救援及避讓工作，以防止次生災害造成的傷亡。

參考文獻：

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[2]趙興東，唐春安，李元輝等.基于微震監(jiān)測及應力場分析的沖擊地壓預測方法[J].巖石力學與工程學報，2005（01）：4745-4749.

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