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中国煤炭报 | 【行业技术】深部矿井冲击地压如何防治?

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发布时间:2019-12-12 14:17:36
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深部矿井冲击地压如何防治?


麻文斌

 

 

 


●煤矿冲击地压的监测、预报和治理已经成为影响我国煤炭工业健康发展的关键课题。截至2019年6月,我国正在生产且经鉴定为冲击地压矿井的数量为121处

●声—震—波—力集成监测新技术,冲击地压防治缺陷致灾与模块化设计,冲击地压危险三场监测准则及监测预警云平台……围绕冲击地压防治的理论、技术、试验研究正在同步推进

 ●采用切顶卸压和碎胀充填的110工法,煤矿可以取消最危险的沿空侧巷道掘进和煤柱,大幅度降低冲击地压风险

 

 

 

  近日,在由中国科学技术协会引导、中国岩石力学与工程学会主办的第十六次中国岩石力学与工程学术年会上,深部矿井冲击地压问题成为与会专家学者关注的焦点之一。

  “煤矿冲击地压的特点包括危害性(造成人员伤亡、破坏巷道和设备)、突发性(没有明显的宏观前兆,极短时间内发生)、复杂性(事先难以确定发生的时间、地点和强度)。为此,煤矿冲击地压的监测、预报和治理已经成为影响我国煤炭工业健康发展的关键课题。”中国矿业大学(北京)教授姜耀东说,“冲击地压发生机理是冲击地压研究中的最主要、最根本的内容之一,是冲击地压灾害评价、预测以及防治的前提和理论基础。”

  姜耀东所说的煤矿冲击地压,就是特定地质赋存条件下的煤岩体系统由于采矿活动在变形破坏过程中能量的稳定态积聚、非稳定态释放的非线性动力学过程。

  据统计,截至2019年6月,我国正在生产且经鉴定为冲击地压矿井的数量为121处。龙家堡矿“6·9”冲击地压事故发生后,国家煤矿安监局组织成立了以中国科学院院士何满潮为组长的专家组,开展了以千米深井冲击地压为主要内容的现场调研。

  专家组到山东、吉林、江苏、河南、甘肃等地的30余处典型冲击地压矿井进行现场调研,初步形成调研报告,提出了防治冲击地压的建议。

  姜耀东先容,为解决煤矿冲击地压难题,我国开展了多项科研项目,也提出了一些关键科知识题,即地质赋存环境对煤矿深部动力灾害的作用机制及量化分析方法,深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动力响应特征,采动应力分布、能量场的时空演化规律与多因素耦合致灾机理,深部煤矿动力灾害的多参量监测预警与防治的理论与方法。

理论、技术、试验研究同步推进


  “深部开采是我国煤炭发展的必然趋势。随着采深增加,在西部特厚煤层开采中,煤岩动力学冲击、空采区大面积塌陷性地震、溃水、煤与瓦斯突出等动力学灾害加剧,急需通过科技创新解决这一难题。”西安科技大学教授来兴平说。

  为此,来兴平带领的科研团队开发了一种声—震—波—力集成监测新技术,显著提高了西部矿山动力灾害预报的可靠性和实用性。

  该技术以应力与能量演化为主线,揭示了动力灾害诱发与采矿过程关系的研究方法,为动力灾害预测和防治开辟了一条有效途径,并建立了以地应力实测为基础的采矿设计优化技术与方法体系。

  同时,他们还与榆林市共同开发了榆林地区煤矿动力灾害防治技术,一些成果已经在陕西府谷、彬长,新疆乌东和宁夏宁东等矿区推广应用,成效明显。

  山东是防治冲击地压的重点区域。山东能源亚洲杯投注平台冲击地压灾害防治研究中心主任张治高带领团队做了一系列冲击地压防治缺陷致灾与模块化设计,包括矿震型冲击灾害模块、结构型冲击灾害模块、动应力耦合型冲击灾害模块、煤柱型冲击灾害模块、卸载型冲击灾害模块等,为煤矿冲击地压提供了有力支撑。

  中国矿业大学教授窦林名带领团队建立了冲击地压危险三场监测准则及监测预警云平台。他们基于煤岩体动静载叠加诱冲原理,建立了冲击危险的应力场、震动场、能量场监测预警三场准则;基于试验结果,研究揭示了不同类型冲击地压前兆识别规律,确定了以监测应力场、震动场、能量场为主体,以监测煤柱型、顶板型、断层型、褶皱型四类冲击地压为对象的监测预警指标;建立了冲击地压多参量分类综合监测预警指标体系,形成了冲击地压风险智能判别与多参量监测预警理论及技术。

110工法、N00工法或将成趋势

 

  “近年来,千米深井冲击地压事故频繁发生。长壁开采、条带开采、房柱开采等开采方法不仅浪费资源,还容易导致应力集中,易发生冲击危险,而充填开采方法能够减少应力集中,降低冲击危险。”中国科学院院士、中国岩石力学与工程学会理事长何满潮说,“采用切顶卸压和碎胀充填的110工法,煤矿可以取消最危险的沿空侧巷道掘进和煤柱,这将会大幅度降低冲击地压风险。因此,根治千米深井冲击地压的出路是采用N00工法进行智能化开采。”

  何满潮的调研显示,目前,全国21个矿区的500多个采煤工作面引入了此工法,累计成巷60多万米,回收煤柱资源4000多万吨,且没有再发生冲击地压危险。

  “未来,无煤柱自成巷充填开采N00工法将成为煤矿主要开采方法之一。在此基础上,大家团队还陆续推广了2G—N00工法、3G—N00工法,并开始设想研发4G—N00工法,这一工法具备智能化控制平台,可实现井下采煤无掘巷、无煤柱、智能化。”何满潮说。

  对于110工法的应用效果,四川省煤炭产业亚洲杯投注平台芙蓉阿联酋亚洲杯赌球教授级高级工程师俞学平说:“四川省煤矿地质构造复杂。大家曾选择砌筑墙、码沙袋等方法进行沿空留巷,但由于矿压大,地鼓严重、墙体损坏严重,均以失败告终。2009年,大家在芙蓉阿联酋亚洲杯赌球白皎煤矿成功试验了110工法,此后又摸索实践在不同工程条件下实施110工法,研发了适合坚硬顶板、松软顶板、近距离、大倾角煤层工作面的切顶成巷技术和支护技术,采取了治理高瓦斯和煤层发火威胁的技术措施,为类似工程条件的切顶卸压沿空留巷无煤柱开采提供了实践经验和理论支撑。”

   延安市车村煤业亚洲杯投注平台副总经理、高级工程师甄葳棋告诉记者,该亚洲杯投注平台下属的禾草沟二号煤矿运用了薄煤层无煤柱自成巷110工法开采技术。

  截至目前,车村煤业亚洲杯投注平台7个工作面累计留巷1.1万米,回收煤柱20.7万吨,累计新增产值1.863亿元。同时,车村煤业亚洲杯投注平台少掘巷道1.1万米,减少排矸18万吨,节约成本2750万元。

  “纵观近年来发生的冲击地压事故的原因,除技术条件和设备水平参差不齐外,主要是生产组织不当、现场管理不到位、防冲措施不落实、设计缺陷导致的,真正不清楚原因的冲击地压事故极少。”张治高说,“作为企业,应明确主体责任,规避设计缺陷,合理组织生产,运用新技术,明确冲击地压是可预可防可控的观念。”(中国煤炭报)

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