祝俊奇

（四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院 康泰公司，四川 成都610091）

青藏高原東緣習(xí)慣上稱龍門山地區(qū)，四川龍門山斷裂自東北向西南沿著四川盆地的邊緣分布，沿斷裂帶青藏高原推覆在四川盆地之上，附近區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造變形強烈，地應(yīng)力較大。青藏高原東緣地區(qū)第四紀以來具有比較典型的陸內(nèi)再生造山帶構(gòu)造變形特征，幾條先存的主干斷裂均為逆—走滑性質(zhì)斷裂，明了地殼縮短與水平滑移兼有的運動性質(zhì)〔1〕。

沖擊礦壓是聚集在礦井巷道和采場周圍煤巖體中的能量突然釋放，在井巷發(fā)生爆炸性事故，產(chǎn)生的動力將煤巖拋向巷道，同時發(fā)出強烈聲響，造成煤巖體振動和煤巖體破壞〔2〕。煤礦地下采掘過程中，在極短的時間內(nèi)（幾秒到幾分鐘），從煤、巖層內(nèi)以極快的速度向采掘空間內(nèi)噴出煤（巖）和瓦斯（CH4、CO2）的現(xiàn)象，稱為煤與瓦斯突出〔3〕。沖擊礦壓、煤與瓦斯突出都是煤礦井下開采過程中的常見動力現(xiàn)象，都會給煤礦的安全生產(chǎn)帶來極大的影響，甚至釀成重大事故。

1 工程地質(zhì)背景

某礦井采用斜井＋平硐綜合開拓，采用走向長壁采煤方法，普采工藝。主采煤層為2＃、7＃、8＃煤，緩傾斜，其中8＃煤賦存于二疊系上統(tǒng)宣威組（P2x），8＃煤鑒定為突出煤層。開采深度＋550m～＋750m，采高1.75m。8＃煤頂、底板堅硬，弱沖擊。

井田內(nèi)分布有7條正斷層，分別為F21、F22、F26、F27、F28、F29、F30，其中F27全長約750m，落差10～40m；F30全長約850m，落差5～30m。

受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、風(fēng)化剝蝕等作用影響，巖層中發(fā)育不同程度的節(jié)理、裂隙，局部發(fā)育程度較高，對巖體的完整性及斜坡的穩(wěn)定性有較大影響。

2 沖擊礦壓下的煤與瓦斯突出機理

1）構(gòu)造地應(yīng)力誘發(fā)沖擊礦壓

沖擊礦壓主要發(fā)生于采煤工作面、掘進工作面，尤其是采煤工作面。隨著工作面的推進，在采動應(yīng)力疊加影響下，煤層頂板裂隙也開始擴展發(fā)育，頂板巖體沿斷裂結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移、回轉(zhuǎn)和破壞失穩(wěn)〔4〕。且該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力大，極大地加劇了采煤工作面沖擊礦壓發(fā)生的可能。

2）構(gòu)造地應(yīng)力誘發(fā)煤與瓦斯突出

構(gòu)造應(yīng)力場是地殼內(nèi)造成地殼巖體構(gòu)造變形和構(gòu)造斷裂的應(yīng)力場，是煤與瓦斯突出發(fā)生的動力因素。煤與瓦斯突出主要發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造變動比較劇烈的構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)域〔5〕。青藏高原東緣地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力大，故分布較多突出礦井。Frodsham.K等人認為地質(zhì)構(gòu)造對煤與瓦斯突出的影響是煤層在構(gòu)造應(yīng)力作用下，結(jié)構(gòu)遭受破壞，形成發(fā)育廣泛的構(gòu)造煤，為瓦斯的富集提供了載體〔6〕。地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力為瓦斯賦存提供了場所，又為瓦斯突出提供了條件，該區(qū)域很大范圍內(nèi)8＃煤層都鑒定為突出煤層。

3）沖擊礦壓加劇煤與瓦斯突出的危害

高應(yīng)力區(qū)將增加煤體內(nèi)積聚的彈性變形能和瓦斯內(nèi)能，增大了突出發(fā)生的動力能量。同時，高應(yīng)力作用下煤體易破碎，強度降低，減小了突出發(fā)生的阻力，從而致使煤與瓦斯突出災(zāi)害發(fā)生的機率大大增加〔7〕。

同時，沖擊礦壓一旦發(fā)生，勢必帶出一部分煤巖體，造成瓦斯突出區(qū)域應(yīng)力平衡發(fā)生改變，進而發(fā)生煤與瓦斯突出。

3 沖擊礦壓、煤與瓦斯突出控制理論

1）沖擊礦壓控制理論

在煤體高應(yīng)力帶內(nèi)布置鉆孔，通過爆破釋放其彈性能量，使應(yīng)力高峰帶內(nèi)移，為沖擊地壓危險煤層安全開采創(chuàng)造條件。松動爆破方法使用方便、快捷、可靠〔8〕。除松動爆破外，合理選擇開拓開采方法、煤層注水、加強支護等都可一定程度防控沖擊礦壓。

2）煤與瓦斯突出控制理論

深孔控制卸壓爆破后，從瓦斯涌出情況來看，爆破孔及臨近孔瓦斯涌出量增加明顯，說明工作面橫斷面上產(chǎn)生了明顯的破碎圈帶，增加了煤體的裂隙，使爆破段煤體中的高壓瓦斯得以充分排放〔9〕。煤與瓦斯突出防治主要是通過抽采、鉆孔泄壓等多種方式，使賦存在煤體的能量緩慢釋放。

3）沖擊礦壓、煤與瓦斯突出協(xié)同控制理論

沖擊地壓、煤與瓦斯突出就其主要特征而言，都是煤巖介質(zhì)突然破壞引起的動力現(xiàn)象，是煤巖體內(nèi)具有應(yīng)變?nèi)趸头菓?yīng)變?nèi)趸瘍煞N不同性質(zhì)的介質(zhì)組成的力學(xué)變形系統(tǒng)在外界擾動下發(fā)生的動力破壞過程〔10〕。

在高應(yīng)力帶內(nèi)布置鉆孔，通過爆破釋放其彈性能量，同時釋放賦存的瓦斯，達到松動爆破的多重作用。

4 沖擊地壓、煤與瓦斯突出防治實踐

1）抽采

根據(jù)煤層賦存條件、采煤工作面瓦斯涌出構(gòu)成情況，采用煤巷掘進工作面先抽后掘、采煤工作面預(yù)抽及邊采邊抽、高位鉆孔卸壓瓦斯抽采等方法。

（1）煤巷掘進工作面先抽后掘

抽采鉆孔控制范圍為煤巷掘進工作面巷道輪廓線外兩側(cè)15m（見圖1）。

圖1 鉆孔平面布置示意

（2）采煤工作面預(yù)抽

開采8＃煤層時，瓦斯涌出量也比較大，在工作面運輸巷施工本煤層順層鉆孔對采煤工作面瓦斯進行預(yù)抽，同時在工作面運輸巷施工上向鉆孔，鉆孔長度100m，鉆孔間距為10m，生產(chǎn)中根據(jù)實際抽采效果調(diào)整，順層鉆孔布置見圖2。

圖2 順層鉆孔布置

（3）采煤工作面邊采邊抽

本煤層順層鉆孔預(yù)抽后，在工作面回采過程中可作為邊采邊抽鉆孔抽采工作面前方煤體內(nèi)的卸壓瓦斯。

（4）鄰近層卸壓瓦斯抽采

當?shù)V井達產(chǎn)時，首采煤層為2＃煤層，其下鄰近層瓦斯會涌向2＃煤層工作面，使工作面瓦斯治理難度加大，選用工作面運輸巷、回風(fēng)巷下行鉆孔“攔截”抽采7＃、8＃煤層卸壓瓦斯，工作面運輸巷鄰近層卸壓瓦斯抽采鉆孔布置見圖3。

當開采8＃煤層時，其上鄰近層瓦斯會涌向8＃煤層工作面，使工作面瓦斯治理難度加大，選用高位鉆孔“攔截”抽采7＃煤層卸壓瓦斯，高位鉆孔布置見圖4。

圖3 工作面運輸、回風(fēng)巷巷鄰近層卸壓瓦斯抽采鉆孔布置示意

圖4 高位鉆孔布置示意

2）預(yù)測預(yù)報

堅持煤與瓦斯突出、沖擊礦壓綜合預(yù)測預(yù)報，對兩方面的數(shù)據(jù)都進行分析，并對預(yù)報的效果進行檢驗。

根據(jù)直接測定的殘余瓦斯壓力、瓦斯含量等指標進行預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施效果檢驗時，以每個測定值達到或超過臨界值或有明顯突出預(yù)兆的點為圓心劃半徑100 m的圓，則所有落在圓內(nèi)的被檢驗區(qū)域全部判定為預(yù)抽防突效果無效，而只有那些沒有落在任何一個圓內(nèi)的區(qū)域方可判定為預(yù)抽防突效果有效（見圖5）。

圖5 煤層預(yù)抽效果檢驗

3）開采解放層

2＃與7＃煤層平均間距為26m，7＃與8＃煤層間距平均為4m。8＃煤層為突出煤層，2＃、7＃煤層為非突出煤層。7＃煤層與8＃煤層間距只有4m，7＃煤層不能作為保護層首先開采。

2＃煤層與7＃煤層間硬巖所占百分比η＜50%，礦井2＃、7＃、8＃煤層最大埋深不大于400m。經(jīng)計算上保護層有效保護垂距為58m，大于2＃、8＃煤層的層間距，因此選擇2＃煤層作為上保護層開采。保護層的理論最大保護垂距見表1。

表1 保護垂距S與開采深度H和工作面長度L之間的關(guān)系

5 結(jié)語

礦井沖擊礦壓、煤與瓦斯突出都嚴重威協(xié)井下安全生產(chǎn)，通過探討了生產(chǎn)礦井沖擊礦壓、煤與瓦斯突出的的形成條件及影響因素，提出了符合礦井實際的防治措施，以期對二者能有共同的防治措施。

1）礦井2＃煤層較薄，厚度為0.74m，且2＃煤層距離7＃煤層26m，2＃煤層作為保護層開采時，由于留設(shè)煤柱等原因，被保護層8＃煤層在一些區(qū)域會存在未能有效保護到的區(qū)域，因此還必須在這些未被保護到的區(qū)域采用預(yù)抽煤層瓦斯的方式，消除煤層突出危險性。同時預(yù)抽煤層瓦斯也能減小工作面瓦斯涌出，在一定程度上緩解礦井通風(fēng)壓力。

2）運用松動爆破理論，深孔控制卸壓爆破后，釋放彈性能量，使應(yīng)力高峰帶內(nèi)移，同時通過爆破釋放大量瓦斯，降低煤與瓦斯突出發(fā)生的可能。

3）煤礦沖擊礦壓、煤與瓦斯突出等地質(zhì)因素協(xié)同作用，共同影響煤炭井下的安全開采。進一步深入研究沖擊礦壓、煤與瓦斯突出協(xié)同控制機理，以及有效的防治措施，將為煤礦安全建設(shè)、生產(chǎn)提供重要的理論與技術(shù)支持。

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