南屯井田位于山東省鄒城市西部北宿、太平、城關(guān)和中心店境內(nèi)。井田東西長10．5 km，南北寬4.5 km，面積約43．5 km2。其中3煤層分布面積約27．5 km2。九采區(qū)位于井田東北部，其范圍東至一 號(hào)井東斷層，西到八采區(qū)東斷層與七、八采區(qū)相鄰。北以皇甫斷層與東灘井田為界，南至3煤層風(fēng)化露頭。整個(gè)采區(qū)呈北寬南窄的不規(guī)則四邊形，南北長4 750 m，東西寬1100-2600 m，面積約6.5 km2。
　　以前開采過程中沒有發(fā)生過沖擊地壓，但隨著采深的增加，井田內(nèi)留下了很多不規(guī)則的煤柱，一方面使上覆巖層的空問結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，另一方 面謀柱上的應(yīng)力疊加相當(dāng)于把采深成倍地加大了， 沖擊地壓已經(jīng)成為深部開采的主要安全隱患。

1  南屯煤礦9304工作面概況 

  93上04工作面位于九采一分區(qū)東部，南側(cè)為93上02工作面采空區(qū)(2006年5月回采結(jié)束)，北側(cè)為93上06工作面(未準(zhǔn)備)，東部與九采邊界膠帶巷相鄰。地面標(biāo)高50．11～55．62 m，平均52．87 m。井下標(biāo)高一480～一650 m，平均一565 m。工作面長度151．2 m，推進(jìn)長度1 644 m，93上04工作面自2007年2月7日開始回采，工作面采用偽傾斜長壁綜合機(jī)械化放頂煤一次采全高全部垮落采煤法，目前工作面已推進(jìn)118 m。工作面開采煤層為3上煤層，該工作面范圍內(nèi)，3上煤層賦存穩(wěn)定，煤層的厚度3．40～6．70 m，平均5.21 m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層傾角4～13°，平均10°，開采煤層3上 普氏系數(shù)f=2～3。直接頂為粉砂巖、泥巖，0～ 2.95 m，平均1．55 m；基本頂為中細(xì)砂巖互層， 22．40～25．24 m，平均23．50 m；直接底板為粉砂  巖，2．89～5．34 m，平均3．94 m。

2沖擊地壓事故礦山壓力現(xiàn)象 

　　2007年3月13日凌晨1時(shí)45分，南屯煤礦93上04綜放工作面中間巷發(fā)生一起沖擊地壓事故(圖1)。這次事故造成正在中問巷電站附近工作的3名職工受傷，其中1人重傷，2人輕傷。

　　南屯煤礦沖擊地壓顯現(xiàn)主要表現(xiàn)在2個(gè)方面， 一是礦井表現(xiàn)出明顯的動(dòng)力現(xiàn)象，在巷道的開拓掘 進(jìn)與工作面生產(chǎn)過程中經(jīng)常聽到煤炮聲；、二是部分巷道圍巖穩(wěn)定性較差，巷道支架損壞、底鼓嚴(yán)重、兩幫變形量增大，巷道維護(hù)困難。通過現(xiàn)場觀測和礦壓資料收集，對(duì)南屯煤礦的礦山壓力現(xiàn)象進(jìn)行了總結(jié)，其特點(diǎn)如下：

1)九采區(qū)已開采完5個(gè)工作面，未發(fā)生過沖擊地壓事故，該次事故發(fā)生前現(xiàn)場也沒發(fā)現(xiàn)應(yīng)力變化的前兆信息，事故具有明顯的突發(fā)性、偶然性。

2)瞬時(shí)性。破壞過程持續(xù)時(shí)間相當(dāng)短暫，并產(chǎn)生了強(qiáng)烈震動(dòng)，強(qiáng)大的沖擊波造成了大量煤塵飛揚(yáng)，發(fā)出振動(dòng)和響聲，巨大的能量在瞬時(shí)被釋放。 2007年3月13日1時(shí)45分南屯煤礦地震觀測站監(jiān) 測到的震級(jí)為里氏2．8，集團(tuán)公司礦震觀測臺(tái)監(jiān)測到的震級(jí)為里氏2．1。

3)巨大的破壞性。動(dòng)力現(xiàn)象發(fā)生后損壞支 架、破壞巷道甚至造成人員傷亡。巷道頂?shù)装?、兩幫移近量大，巷道破壞較嚴(yán)重。93上04中問巷自工作面煤壁向外35～85 m處底鼓，變形量最大1．5 m，兩幫移近量大約1．4 m，13輛電站車被推到煤幫處，約35 m軌道被推到電站車側(cè)。93上04回風(fēng)巷超前支護(hù)段12棵單體支柱彎曲、3棵折斷。巷道1處冒頂，冒頂范圍長4 m、寬3 m、高2．3 m。

4)有別于瓦斯突出。在動(dòng)力現(xiàn)象發(fā)生后，通過現(xiàn)場進(jìn)行瓦斯含量測量發(fā)現(xiàn)瓦斯含量沒有明顯增加，這就否定了煤與瓦斯突出的可能性。

3沖擊地壓現(xiàn)象影響因素初步分析 

　　隨著南屯煤礦開采深度的逐年增加(目前為685 m)，煤巖動(dòng)力現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)并趨于嚴(yán)重。對(duì)擊地壓發(fā)生的原因是多方面的，通過系統(tǒng)的分析翻究總結(jié)影響南屯煤礦煤巖沖擊現(xiàn)象的主要因素為：  　　

1)煤(巖)的性質(zhì)。南屯煤礦煤的沖擊傾向性為強(qiáng)沖擊傾向。  　　

2)圍巖性質(zhì)。主要是頂板巖性和厚度及其吞煤層開采后的可冒性，是影響沖擊地壓的重要因素。特別是基本頂為厚層砂巖或其他堅(jiān)硬巖層、確板也是堅(jiān)硬巖層結(jié)構(gòu)的煤層更具沖擊危險(xiǎn)性。  　　

3)開采深度。開采深度愈大，煤體應(yīng)力愈高，煤體變形和積蓄的彈性能也愈大。南屯煤礦93上04工作面目前開采深度在685 m，具有開采深度大的特點(diǎn)。  　　

4)地質(zhì)構(gòu)造的影響。通常，在地質(zhì)構(gòu)造帶日中尚存有一部分地殼運(yùn)動(dòng)的殘余應(yīng)力，形成構(gòu)造曼力。在煤礦中常有斷層、褶曲和局部異常帶，沖地壓常發(fā)生在這些構(gòu)造應(yīng)力集中的區(qū)域。南屯煤礦  西部基本上是一單斜構(gòu)造，故垂直和水平應(yīng)力均，壓應(yīng)力，最易發(fā)生沖擊地壓現(xiàn)象。  　　

5)采煤方法的影響。采用綜放開采技術(shù)進(jìn)季生產(chǎn)的礦井，其影響范圍大(一般工作面超前承壓力影響范圍達(dá)60 m以上)，應(yīng)力絕對(duì)值增加但集中程度降低。相對(duì)而言，綜放開采工作面的沖擊地壓危險(xiǎn)性比單一煤層或分層開采的工作面的擊地壓危險(xiǎn)性小一些，但由于其影響范圍大，故工作面周圍的沖擊地壓危險(xiǎn)性將會(huì)升高。

 6)煤柱的影響。產(chǎn)生應(yīng)力集中的地點(diǎn)、孤島形和半島形煤柱可能受幾個(gè)方向集中應(yīng)力的疊加作用，因而在煤柱附近最易發(fā)生沖擊地壓。南屯煤礦93上04工作面采用3條巷道布置且中間巷沿3上層頂板布置，中間巷與回風(fēng)巷及運(yùn)輸巷的距離分別為60，91 m，開采煤層平均厚度5．21 m，所以中間巷與回風(fēng)巷的煤柱寬度正處在煤柱沖擊危險(xiǎn)的臨界寬度范圍內(nèi)。

   在回采93上04工作面中，中間巷掘進(jìn)形成很大的支承壓力，如圖2中1號(hào)曲線所示。圖3中1 號(hào)線是采空區(qū)見方期間的應(yīng)力曲線，2號(hào)曲線是基預(yù)周期來壓期間的應(yīng)力曲線，3號(hào)線是基本頂巖渤次斷裂階段的應(yīng)力曲線。

　　93上04中間巷所處的采動(dòng)應(yīng)力場包含沿走向分布超前支承壓力和沿傾向的側(cè)向支承壓力。隨著93上04工作面的開采，在不同階段中，圖2的傾向支撐壓力與圖3走向分布的超前支承壓力在一定范范圍內(nèi)疊加，產(chǎn)生很大的應(yīng)力，共同作用于中間巷煤巖體上，如果疊加應(yīng)力值達(dá)到?jīng)_擊臨界值，則很可能誘發(fā)沖擊地壓。

4.沖擊地壓治理的措施 

根據(jù)施工技術(shù)、現(xiàn)場工作實(shí)際、施工觀測記錄和現(xiàn)場勞動(dòng)組織管理，南屯煤礦建立了具有南屯煤  礦特色的“評(píng)價(jià)預(yù)測、實(shí)用解危、效果檢驗(yàn)、安全研采”四位一體的沖擊地壓防治體系，如圖4所示。

4．1  沖擊地壓的評(píng)價(jià)及預(yù)測
　　根據(jù)對(duì)南屯煤礦實(shí)際情況的分析和目前預(yù)測預(yù)報(bào)的研究成果，該礦采取了煤巖體沖擊傾向鑒定、煤層壓力一變形觀測、數(shù)值計(jì)算、綜合指數(shù)計(jì)算、煤粉鉆孔、電測輻射監(jiān)測等方法進(jìn)行了沖擊地壓的評(píng)價(jià)及預(yù)測，并取得了良好效果。

4．1．1  煤巖體沖擊傾向鑒定
　　判別煤層和圍巖沖擊傾向的強(qiáng)弱，是預(yù)測和防治工作的基礎(chǔ)。沖擊傾向性是煤巖介質(zhì)產(chǎn)生沖擊破壞的固有能力或?qū)傩裕菦_擊地壓發(fā)生的必要條件。根據(jù)煤科總院北京開采所巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)南  屯煤礦3．煤層沖擊傾向性進(jìn)行的鑒定結(jié)果，判定南屯煤礦3．煤層具有強(qiáng)沖擊傾向性。

4。1．2綜合指數(shù)法
　　綜合指數(shù)法是在分析各種采礦地質(zhì)影響沖擊地壓發(fā)生因素的基礎(chǔ)上，確定采掘工作面周圍采礦地質(zhì)條件的每個(gè)因數(shù)對(duì)沖擊地壓的影響程度，以及確定各個(gè)因數(shù)對(duì)沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)影響的指數(shù)，將其綜合起來就可以形成沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定的綜合指數(shù)法。沖擊礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)是隨著采礦地質(zhì)條件的變化而在時(shí)間和空問上發(fā)生變化的，綜合考慮南屯煤礦的實(shí)際情況，得出確定沖擊地壓危險(xiǎn)程度的綜合指數(shù)為0．84，有強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)；下一步工作面的開采工作應(yīng)與該危險(xiǎn)狀態(tài)下的沖擊地壓防治措施一起進(jìn)行。

4．1．3•鉆屑法及電磁輻射監(jiān)測法
　　預(yù)測沖擊地壓的常規(guī)方法主要根據(jù)2個(gè)條件，一是煤的沖擊傾向，二是支承壓力帶特征，即支承  壓力峰值大小及其距煤壁的遠(yuǎn)近。如果支承壓力參數(shù)達(dá)到臨界值，并且煤層又具有沖擊傾向，那么沖擊地壓就有可能發(fā)生。而支承壓力帶參數(shù)的測定，一般多采用鉆屑法探測。煤巖體的受載變形破壞過程及原巖應(yīng)力區(qū)的重新分布變化，一般采用電磁輻射技術(shù)探測。此2項(xiàng)預(yù)測預(yù)報(bào)方法在該礦局域性沖擊地壓危險(xiǎn)預(yù)報(bào)中得到廣泛應(yīng)用。

4．2實(shí)用解危措施
　　煤礦沖擊地壓防治措施的主要原則是及時(shí)查明沖擊危險(xiǎn)煤層，及時(shí)采取綜合防治措施，包括區(qū)域性防范措施和局部性解危措施。該礦在區(qū)域性防范措施中主要采用了煤層注水，在局部性解危措施中主要采用了卸壓爆破、鉆孔卸壓等方法。
 
4．2．1  煤層注水
　　煤層注水可以使煤的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，降低煤體的強(qiáng)度；使得煤體積蓄彈性能的能力下降，以塑性變形能方式消耗彈性能的能力增加。通過現(xiàn)場礦壓觀測記錄的數(shù)據(jù)可知：煤層注水后，工作面支承壓力的峰值降低，應(yīng)力集中系數(shù)明顯降低，頂板下沉速度明顯增加，煤層的普氏系數(shù)降低，塑性增加。煤層注水可有效防治和減弱沖擊地壓的危險(xiǎn)性。結(jié)合93 上04工作面的實(shí)際生產(chǎn)和管理情況，煤層注水采用與工作面煤壁平行的長鉆孔高壓注水法。注水和采煤工作基本保持同步作業(yè)，但一定保證注水的超前時(shí)間應(yīng)低于3個(gè)月，因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，注水效果會(huì)降低。這種方法可以最大限度地使用機(jī)械，而且注水工作可在沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域外進(jìn)行，比較適合該礦這種具有強(qiáng)沖擊傾向的復(fù)合煤層。

4．2．2  卸壓爆破
　　卸壓爆破是對(duì)電磁輻射技術(shù)和鉆屑法確定的沖擊危險(xiǎn)煤體，采用爆破的方法減緩其應(yīng)力集中程度的一種解危措施。卸壓爆破屬于內(nèi)部爆破，主要作用是使煤層產(chǎn)生大量裂隙，使煤體的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，彈性模量減小，強(qiáng)度降低，彈性能減少，局部解除沖擊地壓發(fā)生的強(qiáng)度條件和能量條件。在實(shí)施卸壓爆破前必須先進(jìn)行鉆屑法檢測，確認(rèn)有沖擊地壓危險(xiǎn)時(shí)才能進(jìn)行卸壓爆破，爆破后還要用鉆屑法檢查泄壓效果，此方法在該礦得到具體應(yīng)用。

4．2．3  鉆孔卸壓
　　采用鉆孔卸壓可以釋放煤體中積聚的彈性能，消除應(yīng)力升高區(qū)。頂板巖層作用在煤體上，工作面前方煤體所受的壓力將有比較大的升高，而鉆孔卸壓通過鉆孔使原來作用于周邊圍巖的高應(yīng)力向卸壓區(qū)以外的巖體深部轉(zhuǎn)移。鉆孔卸壓的實(shí)質(zhì)是利用高應(yīng)力條件下，煤層中積聚的彈性能來破壞鉆孔周圍的煤體，使煤層泄壓、釋放能量，消除沖擊危險(xiǎn)。該礦鉆孔卸壓施工方式為：采用TXU一75型鉆機(jī)打卸壓鉆孔，采用長1．5 m的鉆桿，鉆頭直徑115m m，鉆孔以3 m的間距布置，孔深10 m，孔距底板1．2 m左右，單排布置，鉆孔方向與巷道煤幫垂直。此種方法在該礦也得到了具體應(yīng)用。

4．3沖擊地壓治理效果檢驗(yàn)
　　對(duì)于沖擊地壓解危措施效果檢驗(yàn)主要是利用電磁輻射法和鉆屑法

4．3．1  鉆屑法
　　煤的沖擊傾向性和支承應(yīng)力帶特征是預(yù)測沖，地壓的主要依據(jù)。煤的沖擊傾向性是煤(巖)一
產(chǎn)生沖擊破壞的固有屬性，可由實(shí)驗(yàn)室測定。支承壓力分布帶特征，即支承壓力峰值大小及其距煤的遠(yuǎn)近，支承壓力帶參數(shù)的測定，一般可采用鉆屑；探測。如果支承壓力指數(shù)達(dá)到臨界值，且煤層又有中等以上沖擊傾向性，沖擊地壓就可能發(fā)生。操作中如果檢測到的煤粉量超過以上臨界指標(biāo)，或， 現(xiàn)卡鉆、吸鉆、異響等動(dòng)力現(xiàn)象，應(yīng)認(rèn)為煤體處于臨界危險(xiǎn)狀態(tài)，必須立即采取解危措施。

4。3。2  電磁輻射監(jiān)測
　　煤巖電磁輻射是煤巖體受載變形破裂過程中向外輻射電磁能量的一種現(xiàn)象，與煤巖體的變形破裂
過程密切相關(guān)。掘進(jìn)或回采空間形成后，工作面媒體失去應(yīng)力平衡，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，煤壁中的煤體必然要發(fā)生變形和破裂，以向新的應(yīng)力平衡狀態(tài)過渡；煤體中的瓦斯也失去動(dòng)態(tài)平衡，在瓦斯壓力梯度的作用下，沿煤體中的裂隙向工作面空問涌出這2種過程均會(huì)引起電磁輻射。電磁輻射信息綜合反映了沖擊地壓、煤與瓦斯突出等煤巖災(zāi)害動(dòng)力現(xiàn)象的主要影響因素。其中，電磁輻射強(qiáng)度主要反映了煤巖體的受載程度及變形破裂強(qiáng)度，脈沖數(shù)主要反映了煤巖體變形及微破裂的頻次。操作中，輻射的脈沖數(shù)及強(qiáng)度臨界值應(yīng)根據(jù)測試地點(diǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)設(shè)定。

5  結(jié)　　論 
　　通過理論學(xué)習(xí)和現(xiàn)場實(shí)踐，提出實(shí)用的沖擊地壓的評(píng)價(jià)及預(yù)測方法、實(shí)用解危措施和相應(yīng)沖擊]
壓治理效果檢驗(yàn)措施以及沖擊地壓應(yīng)急預(yù)案。通過生產(chǎn)實(shí)踐證明，這些方法和措施具有良好效果，j在此基礎(chǔ)上建立了具有南屯煤礦特色的四位一體的沖擊地壓防治體系，在93上04工作面生產(chǎn)期問有發(fā)生造成人員傷亡的沖擊地壓事故，保證了有沖擊傾向復(fù)合煤層的安全開采。

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