[关键词]煤矿；顶板；灾害治理
中图分类号：P694 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0066-01
煤炭是我国的主要能源，为我国工业发展、国民经济腾飞做出了巨大的贡献。但是，由于我国煤矿大多是地下开采，地质条件复杂多变，经常会受到瓦斯、煤尘、水、火、顶板等自然灾害的威胁。加上技术装备相对落后、灾害防治措施单一等不利因素，煤矿灾害事故时有发生，尤其是煤矿顶板事故，它已经对煤矿产业造成了巨大的损失。煤矿顶板灾害具有发生总量大、频率高、控制难度和影响力较大等特征，始终处于各类型煤矿事故当中的首位。因此，控制顶板灾害已成为提升煤矿安全作业状况的关键性措施。顶板灾害通常会受地质构造条件、煤层存储条件、开采工艺以及采掘活动等因素的影响，因此在防治环节必须结合煤矿的各种条件进行综合分析，同时对各项诱发因素进行全方位监测监控，将灾害的影响力降到最低。
1 矿顶板煤灾害灾害类型
1.1采煤工作面顶板事故
1.1.1？局部冒顶事故。？局部冒顶事故实质上是已被破坏的顶板失去依托而造成的。就其触发原因而言可以大致分为两部分：一部分是采煤工作（包话破煤、装煤等）过程中发生的局部冒顶事故，即在采煤过程中未能及时支护已出露的破碎顶板；另一部分则是单体支护回柱和整体支护的移架操作过程中发生的局部冒顶事故。
1.1.2大冒顶事故。？采煤工作面的大冒顶事故也叫采场大面积切顶、落大顶、垮面。由直接顶运动所造成的垮面事故，就其作用力的始动方向可分为以下两大类：推垮型事故。包括走向推进工作面常发生的倾向推垮型事故，及倾斜推进工作面容易发生的向采空区方向推垮型事故；压垮型事故。包括向煤壁方向压垮，及向采空区方向压垮型事故。由老顶运动所造成的垮面事故，压垮型事故发生在采用木支架支护的采场。
1.2巷道顶板事故。？巷道的变形和破坏形式是多种多样的，巷道中常见的顶板事故按照围岩破坏部位可分为：巷道顶部冒顶掉矸、巷道壁片帮以及巷道顶、帮三面大冒落三种类型。按照围岩结构及冒落特征又可分为：镶嵌型围岩坠矸事故、离层型围岩片帮冒顶事故、松散破碎围岩塌漏抽冒事故以及软岩膨胀变形毁巷事故等几种形式。
2 顶板事故的危害
无论是局部冒顶还是大型冒顶，事故发生后，一般都会推倒支架、埋压设备，造成停电、停风，给安全管理带来困难，对安全生产不利。如果是地质构造带附近的冒顶事故，不仅给生产造成麻烦，而且有时会引起透水事故的发生。在有瓦斯涌出区附近发生顶板事故将伴有瓦斯的突出易造成瓦斯事故。如果是采掘工作面发生顶板事故，一旦人员被堵或被埋，将造成人员伤亡。
3 顶板灾害的原因
3.1地质条件。对于一些特殊地质的作业地点，往往会给顶板维护带来极大的难度，如断层、破碎带等；这是因为通常会有断层泥存在于断层带中，遇到了水分，经常会有软化坍塌事故的弧线；另外，断层上下盘的矿体节理裂隙呈发育状态，纵横交错构造节理面，且有泥质存在于节理面内，这样就没有较好的稳固性，容易出现围岩破碎等问题。在顶板管理中，也会受到破碎岩体的限制影响；主要体现在：在爆破震动的影响下，容易有破坏问题出现于这种岩体的微观结构上，改变岩体，如果有超过位移极限值的位移出现于结构面上，就会导致解体崩溃问题出现于岩体结构上，虽然没有变形发生，但是却会突然冒落。在这种岩体结构中进行采掘施工，因为岩体没有较好的抗拉强度，那么岩体的抗拉强度就可以看作为顶板自拱形内的岩体重量，当暴露面积和时间达到了相关标准，岩体自身的抗拉强度无法满足顶板承受的拉应力，都会导致冒落问题发生于顶板拱顶范围内的岩石上。
3.2 采煤方法。通过大量的调查研究我们可以得知，在回采过程中，如果采用了不合理的回采工序，同样会导致顶板事故的发生。如，没有设置支护空间于煤壁上，在爆破落煤后，没有进行及时的支护，还有就是替换支护过程中，在回柱放顶时，有冒顶事故出现于工作面两端；此外，没有合理布置炮眼，有着过多的装药量，或者老顶来压等状况下，都会导致冒顶事故的出现，需要引起人们足够的重视，采取一系列有针对性的措施，保证煤矿作业的安全。
4 矿顶板煤灾害整治措施
4.1 对方案和管理的实施严格要求。在对煤矿进行开采时一定要收集各方资料，尤其是煤矿以及煤矿周围的地质资料，然后仔细制定出设计方案，并在煤矿开采过程中，相关人员一定要严格按照技术规范和标准指导采掘方案进行作业。仔细分析矿压显现规律是防止初次来压和周期来压造成大面积冒顶事故的有效途径，必须搞好初次放顶和周期来压期间的顶板管理，摸索和掌握来压步距，在来压前采取加强支护的措施。同时煤矿开采还应当建立并实施采煤、掘进管理程序，消除和控制采掘系统和作业的危险源。
4.2 改进工程施工工艺。采掘工程顶板的跨度暴露在巷道内，如果不采用合理的施工工艺和爆破参数，也会加剧对顶板的破坏或增大暴露面积，不利于顶板的安全管理。合理的施工工艺和爆破参数，能够减少对顶板的爆破震动和破坏，从而达到顶板安全管理的目的。为此，合理布置采掘工程和施工顺序。比如，断层构造带与矿体走向基本一致，施工工程沿着构造方向布置，那么顶板受构造控制就难以形成设计的轮廓，并且将构造直接暴露出来，在顶板形成大的构造及断裂面，不利于顶板的安全管理；与构造方向垂直布置工程，暴露构造较小，便于顶板的安全管理。因此布置工程特别是采矿工程时，应尽量与构造面垂直布置。
4.3 科学维护支护设备 。在对支护进行维修的过程中，各种技术都是要严格按照各种安全标准来进行。对支护维护工作的现场也要进行管理，例如通过栅栏、警示标志等的设立来防止无关人员进入工作现场，对现场的工作人员进行提示，防止顶板事故造成人员的伤亡。当支护设备进行维修和更换的时候，要对顶板及支护的情况进行不定时的检查，一定要采用临时支护才能够进行工作，不能够在没有支护的情况下就对原来的支护进行拆除。
4.4 加强队伍建设提升安全意识。 要将班组长在顶板管理中的作用进行充分的发挥。作为一切工作的落脚点，班组的建设就是煤矿职工建设的重要部分。在生产过程中，班组长担任一线的指挥，熟悉地掌握了各种情况与资料，能够在各种情况之下进行正确的判断，通过有效的措施来对各种情况进行处理，有效地避免顶板事故的发生。煤矿企业还应当花费一些精力和时间对矿区作业人员进行安全教育培训，使他们的安全意识能够得到提高，并且积极预防顶板事故的发生。
5 结束语
综上所述，在煤矿生产中，顶板事故占据了煤矿生产事故的较大比例，影响到正常的作业生产，不利于施工人员的生命安全。针对这种情况，就需要分析顶板事故的发生原因，结合工程具体情况，健全和完善相关的管理制度和方法，对采煤方法进行改善，对施工工艺等进行合理选择，采取一系列的安全管理措施，促使煤矿作业生产的安全得到保证。
参考文献
[1] 王崇平.煤矿采煤工作面顶板事故原因及其防治措施研究[J].中小企业管理与科技，2011，2（9）.
[2]赵双胜.煤矿顶板事故的预防[J].科技情报开发与经济，2011（21）.
论文摘要:本文在分析华丰矿区地质开采环境特征的基础上,探讨了冲击地压形成的内外因和内在斑裂产生的机理。建立健全了灾害预测防治体系,提出了开采解放层、煤层注水、爆破卸压等治理防护措施。
0 引言
冲击地压是采场周围煤岩体,在其力学平衡状态破坏时,由于弹性变形能的瞬间释放而产生一种以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象。冲击地压是一种特殊的矿山压力显现。其显现强度特征一般为弱冲击、强冲击、弹射、矿震、岩爆、煤炮、冲击波、弹性振动等,常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象;其发生突然剧烈,冲击波力量巨大,瞬间摧毁巷道、采煤工作面和设备,伤击人员。据统计,山东省从1996年至2005年3月份,先后有13处煤矿发生冲击地压灾害,发生破坏性冲击地压353次,死亡28人,重伤65人,摧毁巷道8 000余米。
新汶矿业集团华丰煤矿是一个具有水、火、瓦斯、煤尘、冲击地压等多种 自然 灾害的老矿井,开采 历史 长,生产条件较为复杂。随着生产水平的下移,第5水平(-1 100m水平)是目前的主要生产水平,矿井地面表高+130m,回采工作面采深达1 140m,开拓深度达1 200余米。矿井煤岩层为单一倾伏向斜构造,地层走向由nw—nne渐变为ne—e,倾向由e变为n及nw,倾角32°~35°。华丰煤矿首次冲击地压发生在1992年3月8日2406(1)工作面上平巷,标高为-538m。首次冲击以来共发生0.5级以上冲击地压28000余次,1.0级以上冲击地压2900余次,1.5级以上冲击地压490余次, >2.0级以上的7次,最大震级2.9级。其中共发生破坏性冲击地压107次,造成工作面停产11次,累计造成41人重伤, 7人死亡,摧毁巷道2 000余米,平均顶底板移进1. 2m,两帮移进0.8m,摧毁巷道500余米,断面收缩率75%以上,其中大部分顶底板闭合,需要停产大修;累计破坏工作面长度400余米,平均底鼓1.1m,煤壁向老空区移进0.5m,共损坏单体液支柱407根,铰接顶梁503根,严重损坏了多台设备、设施及多道通防设施,累计造成直接 经济 损失850万元。因此,加强煤矿冲击地压灾害的预防与治理工作是煤矿安全生产工作当中急需解决的重大问题。
1 冲击地压发生的原因
冲击地压发生原因有内因、外因2种因素:内因包括煤层本身的物理属性、煤层原岩应力状态;外因包括采深、采动集中应力(主要为超前支承压力、煤柱集中应力等)、放炮诱发等。
1.1 冲击地压发生的内因
(1)煤层具有冲击倾向性
冲击地压的发生与煤岩体物理力学性质有直接关系。煤炭 科学 研究总院北京开采研究所对华丰煤矿4层煤冲击倾向性试验结果表明,华丰煤矿4层煤具有强烈冲击倾向性,其直接顶具有中等冲击倾向性[1]。
(2)砾岩活动是发生冲击地压的主要力源
华丰煤矿4层煤上方基本顶为70余米厚的砂岩层,随着工作面的推进周期性跨落;其上为40余米厚的红土层,随基本顶的跨落而弯曲下沉;再上部为500~800 m的巨厚砾岩层,砾岩层完整性较强,抗压及抗拉强度均较大,采后不易冒落下沉,导致砾岩层与红土层之间产生离层空间。随着采空面积的加大,巨厚砾岩层形成板状悬空岩梁,砾岩层原来的应力状态发生改变,从而增加了未采4层煤的应力水平。当板状砾岩层悬露面积达到一定程度后,开始缓慢下沉并周期性断裂跨落,砾岩层的断裂跨落对下部的煤岩体产生冲击载荷,从而加剧了4层煤工作面煤体的应力集中程度,导致4层煤工作面冲击危险增强,因此,巨厚砾岩层是发生冲击地压的主要力源。
1.2 冲击地压发生外因
(1)采深大应力高
华丰煤矿首次冲击地压发生在-538 m水平,垂深为668 m,即冲击地压发生临界深度为668m,开采大于该深度就有可能发生冲击地压。目前矿井最大开采深度为1 230m, 4层煤工作面开采深度已达970m,已远远超过该深度。随着4层煤工作面采深的加大,自重应力已超过4层煤的抗压强度,较高的原岩应力易使煤体产生应力集中而破坏。
(2)煤柱集中应力的影响
为满足煤层防火的要求,相邻采区之间和上下阶段之间留有采区和阶段隔离煤柱,现场实测和数值 计算 结果表明, 4层煤柱应力集中峰值范围为7~12m,当煤柱尺寸>12 m后,在煤柱内部将产生叠加应力,从而为煤柱冲击提供了基础应力条件。
(3)工作面采动集中应力和周期来压的影响
观测结果表明, 4层煤工作面超前支承压力集中范围为5~35m,应力集中系数为2. 5,但上方砾岩层的超前压力影响范围达120m。因此, 4层煤工作面采动集中应力对工作面影响较为明显。4层煤分层开采时上分层工作面周期来压强度最大达510 kn/m2,来压较为强烈。据不完全统计, 4层煤冲击地压83%发生在顶板来压期间,且对工作面超前压力影响范围破坏最为严重。
(4)工作面推采速度的影响
回采工作面推采过大后,工作面煤体集中应力得不到及时释放,容易造成应力集中,因此工作面推采速度也是影响冲击地压发生的因素之一。
(5)放炮诱发
回采工作面放炮容易造成煤岩体能量释放,因此工作面放炮是诱发冲击地压的主要工序,据统计,华丰煤矿放炮诱发冲击地压占75%以上。
2 冲击地压灾害预测预报及治理
2.1 冲击地压灾害预测方法
(1)经验类比法
经验类比法是预测采区或工作面冲击危险程度和区域的常用方法。工作面开采或巷道掘进前,利用经验类比法对工作面进行冲击危险程度划分,采空区边缘、断层附近、煤柱区等均为冲击危险程度相对较高的部位,应优先进行防冲治理。
(2)煤粉监测法
煤粉监测是操作方便、效果明显的一种冲击危险监测措施。监测方法:使用msz 12电煤钻、φ42套节麻花钎子配φ42钻头打眼,从孔口开始每米收集1次煤粉,并用弹簧秤称其重量记录在记录表上,每打完1个孔,必须立即将结果填入记录表,当监测煤粉量超过危险煤粉量时,预报有冲击危险。再利用电磁辐射法进行校核监测,当两种监测手段均有冲击危险时,应及时实施卸压爆破,炮后再打1~2个煤粉监测孔,校验卸压效果,如不能消除冲击危险,必须继续实施卸压爆破,直至消除冲击危险。
(3)电磁辐射监测法
电磁辐射监测是近几年由 中国 矿业大学 发展 研究的一种新型冲击危险监测方法,利用kbd 5型流动电磁辐射仪和kbd 7电磁辐射监测系统对工作面进行电磁辐射监测。操作简便,实用性较强。
(4)工作面矿压监测法
每班对上、下平巷超前支柱进行阻力监测,找出工作面超前支承压力影响范围及应力集中系数,确定超前支护距离及方式。根据阻力大小预报工作面顶板来压及应力集中区域。在工作面中部布置2个测区,测区间距20m,每个测区包括2个支架,重点对工作面支架阻力进行循环监测,然后画出监测曲线,预测工作面顶板来压情况,结合其他监测手段预报工作面冲击危险度。同时对每个支架都安设自动测压表,一方面可以对支架初撑力进行监控,另一方面可以对工作面顶板来压情况进行全面预报分析。
(5)微震监测法
利用短周期地震仪监测记录0. 5级以上冲击发生的次数及冲击地压释放的能量。利用此趋势预测预报近期冲击地压发生的趋势及应力释放情况。在定位系统建成之前,采用现在的地震仪现行监测①。
(6)钻孔应力计监测法
在工作面上、下平巷超前100 m均匀埋设钻孔应力计,对巷道煤体应力变化情况进行监测。钻孔应力计设在上平巷下帮、下平巷上帮,孔口距底板0. 5m,沿煤层倾角布置,孔距20 m,孔深10 m。每小班监测2次,画出每台应力计的监测结果,找出应力集中地点及集中范围,配合其他手段实现工作面冲击危险的准确预报①。
2.2 冲击地压灾害治理
(1)开采解放层
为从根本上治理冲击地压,华丰煤矿实施了开采解放层方案,首先开采弱冲击倾向且没有出现冲击地压现象的6层煤,然后在解放范围内开采4层煤。研究结果表明,在保护角内4层煤顶底板围岩应力得到较大范围和幅度的降低,直接底、直接顶、基本顶应力降低幅度约35%。实施解放层开采后,冲击现象明显降低。
(2)合理开采
各煤层、水平、阶段、采区应按合理顺序开采,避免相向回采和形成孤岛煤柱。采用长壁开采方法,冒落法管理顶板。厚层坚硬砂岩顶板大面积悬顶时,应进行强行放顶。采用无煤柱护巷,尽量不留煤柱,少掘巷道。开拓巷道及永久峒室,应布置在岩层或无冲击地压危险的煤层中。
(3)煤层注水
有冲击倾向的工作面开采前进行超前注水可以提前改善煤层结构,降低煤体的冲击倾向性,是一种主动治理措施[2]。
(4)爆破卸压
工作面开采期间,可对工作面煤体进行超前松动爆破和卸压爆破。松动爆破是一种超前治理措施,卸压爆破是一种被动卸压治理措施,当监测到有冲击危险后,应立即实施卸压爆破。卸压孔深7~10m,孔间距不>5 m,每次引爆4~5个卸压孔,以提高卸压效果。另外,还可在切眼掘进期间应用过大钻孔卸压措施;在煤柱集中应力区应用巷道卸压等措施。
参考 文献 :
论文摘要:本文在分析华丰矿区地质开采环境特征的基础上,探讨了冲击地压形成的内外因和内在斑裂产生的机理。建立健全了灾害预测防治体系,提出了开采解放层、煤层注水、爆破卸压等治理防护措施。
0 引言
冲击地压是采场周围煤岩体,在其力学平衡状态破坏时,由于弹性变形能的瞬间释放而产生一种以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象。冲击地压是一种特殊的矿山压力显现。其显现强度特征一般为弱冲击、强冲击、弹射、矿震、岩爆、煤炮、冲击波、弹性振动等,常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象;其发生突然剧烈,冲击波力量巨大,瞬间摧毁巷道、采煤工作面和设备,伤击人员。据统计,山东省从1996年至2005年3月份,先后有13处煤矿发生冲击地压灾害,发生破坏性冲击地压353次,死亡28人,重伤65人,摧毁巷道8 000余米。
新汶矿业集团华丰煤矿是一个具有水、火、瓦斯、煤尘、冲击地压等多种 自然 灾害的老矿井,开采 历史 长,生产条件较为复杂。随着生产水平的下移,第5水平(-1 100m水平)是目前的主要生产水平,矿井地面表高+130m,回采工作面采深达1 140m,开拓深度达1 200余米。矿井煤岩层为单一倾伏向斜构造,地层走向由nw—nne渐变为ne—e,倾向由e变为n及nw,倾角32°~35°。华丰煤矿首次冲击地压发生在1992年3月8日2406(1)工作面上平巷,标高为-538m。Www.133229.CoM首次冲击以来共发生0.5级以上冲击地压28000余次,1.0级以上冲击地压2900余次,1.5级以上冲击地压490余次, >2.0级以上的7次,最大震级2.9级。其中共发生破坏性冲击地压107次,造成工作面停产11次,累计造成41人重伤, 7人死亡,摧毁巷道2 000余米,平均顶底板移进1. 2m,两帮移进0.8m,摧毁巷道500余米,断面收缩率75%以上,其中大部分顶底板闭合,需要停产大修;累计破坏工作面长度400余米,平均底鼓1.1m,煤壁向老空区移进0.5m,共损坏单体液支柱407根,铰接顶梁503根,严重损坏了多台设备、设施及多道通防设施,累计造成直接 经济 损失850万元。因此,加强煤矿冲击地压灾害的预防与治理工作是煤矿安全生产工作当中急需解决的重大问题。
1 冲击地压发生的原因
冲击地压发生原因有内因、外因2种因素:内因包括煤层本身的物理属性、煤层原岩应力状态;外因包括采深、采动集中应力(主要为超前支承压力、煤柱集中应力等)、放炮诱发等。
1.1 冲击地压发生的内因
(1)煤层具有冲击倾向性
冲击地压的发生与煤岩体物理力学性质有直接关系。煤炭 科学 研究总院北京开采研究所对华丰煤矿4层煤冲击倾向性试验结果表明,华丰煤矿4层煤具有强烈冲击倾向性,其直接顶具有中等冲击倾向性[1]。
(2)砾岩活动是发生冲击地压的主要力源
华丰煤矿4层煤上方基本顶为70余米厚的砂岩层,随着工作面的推进周期性跨落;其上为40余米厚的红土层,随基本顶的跨落而弯曲下沉;再上部为500~800 m的巨厚砾岩层,砾岩层完整性较强,抗压及抗拉强度均较大,采后不易冒落下沉,导致砾岩层与红土层之间产生离层空间。随着采空面积的加大,巨厚砾岩层形成板状悬空岩梁,砾岩层原来的应力状态发生改变,从而增加了未采4层煤的应力水平。当板状砾岩层悬露面积达到一定程度后,开始缓慢下沉并周期性断裂跨落,砾岩层的断裂跨落对下部的煤岩体产生冲击载荷,从而加剧了4层煤工作面煤体的应力集中程度,导致4层煤工作面冲击危险增强,因此,巨厚砾岩层是发生冲击地压的主要力源。
1.2 冲击地压发生外因
(1)采深大应力高
华丰煤矿首次冲击地压发生在-538 m水平,垂深为668 m,即冲击地压发生临界深度为668m,开采大于该深度就有可能发生冲击地压。目前矿井最大开采深度为1 230m, 4层煤工作面开采深度已达970m,已远远超过该深度。随着4层煤工作面采深的加大,自重应力已超过4层煤的抗压强度,较高的原岩应力易使煤体产生应力集中而破坏。
(2)煤柱集中应力的影响
为满足煤层防火的要求,相邻采区之间和上下阶段之间留有采区和阶段隔离煤柱,现场实测和数值 计算 结果表明, 4层煤柱应力集中峰值范围为7~12m,当煤柱尺寸>12 m后,在煤柱内部将产生叠加应力,从而为煤柱冲击提供了基础应力条件。
(3)工作面采动集中应力和周期来压的影响
观测结果表明, 4层煤工作面超前支承压力集中范围为5~35m,应力集中系数为2. 5,但上方砾岩层的超前压力影响范围达120m。因此, 4层煤工作面采动集中应力对工作面影响较为明显。4层煤分层开采时上分层工作面周期来压强度最大达510 kn/m2,来压较为强烈。据不完全统计, 4层煤冲击地压83%发生在顶板来压期间,且对工作面超前压力影响范围破坏最为严重。
(4)工作面推采速度的影响
回采工作面推采过大后,工作面煤体集中应力得不到及时释放,容易造成应力集中,因此工作面推采速度也是影响冲击地压发生的因素之一。
(5)放炮诱发
回采工作面放炮容易造成煤岩体能量释放,因此工作面放炮是诱发冲击地压的主要工序,据统计,华丰煤矿放炮诱发冲击地压占75%以上。
2 冲击地压灾害预测预报及治理
2.1 冲击地压灾害预测方法
(1)经验类比法
经验类比法是预测采区或工作面冲击危险程度和区域的常用方法。工作面开采或巷道掘进前,利用经验类比法对工作面进行冲击危险程度划分,采空区边缘、断层附近、煤柱区等均为冲击危险程度相对较高的部位,应优先进行防冲治理。
(2)煤粉监测法
煤粉监测是操作方便、效果明显的一种冲击危险监测措施。监测方法:使用msz 12电煤钻、φ42套节麻花钎子配φ42钻头打眼,从孔口开始每米收集1次煤粉,并用弹簧秤称其重量记录在记录表上,每打完1个孔,必须立即将结果填入记录表,当监测煤粉量超过危险煤粉量时,预报有冲击危险。再利用电磁辐射法进行校核监测,当两种监测手段均有冲击危险时,应及时实施卸压爆破,炮后再打1~2个煤粉监测孔,校验卸压效果,如不能消除冲击危险,必须继续实施卸压爆破,直至消除冲击危险。
(3)电磁辐射监测法
电磁辐射监测是近几年由 中国 矿业大学 发展 研究的一种新型冲击危险监测方法,利用kbd 5型流动电磁辐射仪和kbd 7电磁辐射监测系统对工作面进行电磁辐射监测。操作简便,实用性较强。
(4)工作面矿压监测法
每班对上、下平巷超前支柱进行阻力监测,找出工作面超前支承压力影响范围及应力集中系数,确定超前支护距离及方式。根据阻力大小预报工作面顶板来压及应力集中区域。在工作面中部布置2个测区,测区间距20m,每个测区包括2个支架,重点对工作面支架阻力进行循环监测,然后画出监测曲线,预测工作面顶板来压情况,结合其他监测手段预报工作面冲击危险度。同时对每个支架都安设自动测压表,一方面可以对支架初撑力进行监控,另一方面可以对工作面顶板来压情况进行全面预报分析。
(5)微震监测法
利用短周期地震仪监测记录0. 5级以上冲击发生的次数及冲击地压释放的能量。利用此趋势预测预报近期冲击地压发生的趋势及应力释放情况。在定位系统建成之前,采用现在的地震仪现行监测①。
(6)钻孔应力计监测法
在工作面上、下平巷超前100 m均匀埋设钻孔应力计,对巷道煤体应力变化情况进行监测。钻孔应力计设在上平巷下帮、下平巷上帮,孔口距底板0. 5m,沿煤层倾角布置,孔距20 m,孔深10 m。每小班监测2次,画出每台应力计的监测结果,找出应力集中地点及集中范围,配合其他手段实现工作面冲击危险的准确预报①。
2.2 冲击地压灾害治理
(1)开采解放层
为从根本上治理冲击地压,华丰煤矿实施了开采解放层方案,首先开采弱冲击倾向且没有出现冲击地压现象的6层煤,然后在解放范围内开采4层煤。研究结果表明,在保护角内4层煤顶底板围岩应力得到较大范围和幅度的降低,直接底、直接顶、基本顶应力降低幅度约35%。实施解放层开采后,冲击现象明显降低。
(2)合理开采
各煤层、水平、阶段、采区应按合理顺序开采,避免相向回采和形成孤岛煤柱。采用长壁开采方法,冒落法管理顶板。厚层坚硬砂岩顶板大面积悬顶时,应进行强行放顶。采用无煤柱护巷,尽量不留煤柱,少掘巷道。开拓巷道及永久峒室,应布置在岩层或无冲击地压危险的煤层中。
(3)煤层注水
有冲击倾向的工作面开采前进行超前注水可以提前改善煤层结构,降低煤体的冲击倾向性,是一种主动治理措施[2]。
(4)爆破卸压
工作面开采期间,可对工作面煤体进行超前松动爆破和卸压爆破。松动爆破是一种超前治理措施,卸压爆破是一种被动卸压治理措施,当监测到有冲击危险后,应立即实施卸压爆破。卸压孔深7~10m,孔间距不>5 m,每次引爆4~5个卸压孔,以提高卸压效果。另外,还可在切眼掘进期间应用过大钻孔卸压措施;在煤柱集中应力区应用巷道卸压等措施。
参考 文献 :
论文摘要:本文在分析华丰矿区地质开采环境特征的基础上,探讨了冲击地压形成的内外因和内在斑裂产生的机理。建立健全了灾害预测防治体系,提出了开采解放层、煤层注水、爆破卸压等治理防护措施。
0 引言
冲击地压是采场周围煤岩体,在其力学平衡状态破坏时,由于弹性变形能的瞬间释放而产生一种以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象。冲击地压是一种特殊的矿山压力显现。其显现强度特征一般为弱冲击、强冲击、弹射、矿震、岩爆、煤炮、冲击波、弹性振动等,常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象;其发生突然剧烈,冲击波力量巨大,瞬间摧毁巷道、采煤工作面和设备,伤击人员。据统计,山东省从1996年至2005年3月份,先后有13处煤矿发生冲击地压灾害,发生破坏性冲击地压353次,死亡28人,重伤65人,摧毁巷道8 000余米。
新汶矿业集团华丰煤矿是一个具有水、火、瓦斯、煤尘、冲击地压等多种 自然 灾害的老矿井,开采 历史 长,生产条件较为复杂。随着生产水平的下移,第5水平(-1 100m水平)是目前的主要生产水平,矿井地面表高+130m,回采工作面采深达1 140m,开拓深度达1 200余米。矿井煤岩层为单一倾伏向斜构造,地层走向由nw—nne渐变为ne—e,倾向由e变为n及nw,倾角32°~35°。华丰煤矿首次冲击地压发生在1992年3月8日2406(1)工作面上平巷,标高为-538m。首次冲击以来共发生0.5级以上冲击地压28000余次,1.0级以上冲击地压2900余次,1.5级以上冲击地压490余次, >2.0级以上的7次,最大震级2.9级。其中共发生破坏性冲击地压107次,造成工作面停产11次,累计造成41人重伤, 7人死亡,摧毁巷道2 000余米,平均顶底板移进1. 2m,两帮移进0.8m,摧毁巷道500余米,断面收缩率75%以上,其中大部分顶底板闭合,需要停产大修;累计破坏工作面长度400余米,平均底鼓1.1m,煤壁向老空区移进0.5m,共损坏单体液支柱407根,铰接顶梁503根,严重损坏了多台设备、设施及多道通防设施,累计造成直接 经济 损失850万元。因此,加强煤矿冲击地压灾害的预防与治理工作是煤矿安全生产工作当中急需解决的重大问题。
1 冲击地压发生的原因
冲击地压发生原因有内因、外因2种因素:内因包括煤层本身的物理属性、煤层原岩应力状态;外因包括采深、采动集中应力(主要为超前支承压力、煤柱集中应力等)、放炮诱发等。
1.1 冲击地压发生的内因
(1)煤层具有冲击倾向性
冲击地压的发生与煤岩体物理力学性质有直接关系。煤炭 科学 研究总院北京开采研究所对华丰煤矿4层煤冲击倾向性试验结果表明,华丰煤矿4层煤具有强烈冲击倾向性,其直接顶具有中等冲击倾向性[1]。
(2)砾岩活动是发生冲击地压的主要力源
华丰煤矿4层煤上方基本顶为70余米厚的砂岩层,随着工作面的推进周期性跨落;其上为40余米厚的红土层,随基本顶的跨落而弯曲下沉;再上部为500~800 m的巨厚砾岩层,砾岩层完整性较强,抗压及抗拉强度均较大,采后不易冒落下沉,导致砾岩层与红土层之间产生离层空间。随着采空面积的加大,巨厚砾岩层形成板状悬空岩梁,砾岩层原来的应力状态发生改变,从而增加了未采4层煤的应力水平。当板状砾岩层悬露面积达到一定程度后,开始缓慢下沉并周期性断裂跨落,砾岩层的断裂跨落对下部的煤岩体产生冲击载荷,从而加剧了4层煤工作面煤体的应力集中程度,导致4层煤工作面冲击危险增强,因此,巨厚砾岩层是发生冲击地压的主要力源。
1.2 冲击地压发生外因
(1)采深大应力高
华丰煤矿首次冲击地压发生在-538 m水平,垂深为668 m,即冲击地压发生临界深度为668m,开采大于该深度就有可能发生冲击地压。目前矿井最大开采深度为1 230m, 4层煤工作面开采深度已达970m,已远远超过该深度。随着4层煤工作面采深的加大,自重应力已超过4层煤的抗压强度,较高的原岩应力易使煤体产生应力集中而破坏。
(2)煤柱集中应力的影响
为满足煤层防火的要求,相邻采区之间和上下阶段之间留有采区和阶段隔离煤柱,现场实测和数值 计算 结果表明, 4层煤柱应力集中峰值范围为7~12m,当煤柱尺寸>12 m后,在煤柱内部将产生叠加应力,从而为煤柱冲击提供了基础应力条件。
(3)工作面采动集中应力和周期来压的影响
观测结果表明, 4层煤工作面超前支承压力集中范围为5~35m,应力集中系数为2. 5,但上方砾岩层的超前压力影响范围达120m。因此, 4层煤工作面采动集中应力对工作面影响较为明显。4层煤分层开采时上分层工作面周期来压强度最大达510 kn/m2,来压较为强烈。据不完全统计, 4层煤冲击地压83%发生在顶板来压期间,且对工作面超前压力影响范围破坏最为严重。
(4)工作面推采速度的影响
回采工作面推采过大后,工作面煤体集中应力得不到及时释放,容易造成应力集中,因此工作面推采速度也是影响冲击地压发生的因素之一。
(5)放炮诱发
回采工作面放炮容易造成煤岩体能量释放,因此工作面放炮是诱发冲击地压的主要工序,据统计,华丰煤矿放炮诱发冲击地压占75%以上。
2 冲击地压灾害预测预报及治理
2.1 冲击地压灾害预测方法
(1)经验类比法
经验类比法是预测采区或工作面冲击危险程度和区域的常用方法。工作面开采或巷道掘进前,利用经验类比法对工作面进行冲击危险程度划分,采空区边缘、断层附近、煤柱区等均为冲击危险程度相对较高的部位,应优先进行防冲治理。
(2)煤粉监测法
煤粉监测是操作方便、效果明显的一种冲击危险监测措施。监测方法:使用msz 12电煤钻、φ42套节麻花钎子配φ42钻头打眼,从孔口开始每米收集1次煤粉,并用弹簧秤称其重量记录在记录表上,每打完1个孔,必须立即将结果填入记录表,当监测煤粉量超过危险煤粉量时,预报有冲击危险。再利用电磁辐射法进行校核监测,当两种监测手段均有冲击危险时,应及时实施卸压爆破,炮后再打1~2个煤粉监测孔,校验卸压效果,如不能消除冲击危险,必须继续实施卸压爆破,直至消除冲击危险。
(3)电磁辐射监测法
电磁辐射监测是近几年由 中国 矿业大学 发展 研究的一种新型冲击危险监测方法,利用kbd 5型流动电磁辐射仪和kbd 7电磁辐射监测系统对工作面进行电磁辐射监测。操作简便,实用性较强。
(4)工作面矿压监测法
每班对上、下平巷超前支柱进行阻力监测,找出工作面超前支承压力影响范围及应力集中系数,确定超前支护距离及方式。根据阻力大小预报工作面顶板来压及应力集中区域。在工作面中部布置2个测区,测区间距20m,每个测区包括2个支架,重点对工作面支架阻力进行循环监测,然后画出监测曲线,预测工作面顶板来压情况,结合其他监测手段预报工作面冲击危险度。同时对每个支架都安设自动测压表,一方面可以对支架初撑力进行监控,另一方面可以对工作面顶板来压情况进行全面预报分析。
(5)微震监测法
利用短周期地震仪监测记录0. 5级以上冲击发生的次数及冲击地压释放的能量。利用此趋势预测预报近期冲击地压发生的趋势及应力释放情况。在定位系统建成之前,采用现在的地震仪现行监测①。
(6)钻孔应力计监测法
在工作面上、下平巷超前100 m均匀埋设钻孔应力计,对巷道煤体应力变化情况进行监测。钻孔应力计设在上平巷下帮、下平巷上帮,孔口距底板0. 5m,沿煤层倾角布置,孔距20 m,孔深10 m。每小班监测2次,画出每台应力计的监测结果,找出应力集中地点及集中范围,配合其他手段实现工作面冲击危险的准确预报①。
2.2 冲击地压灾害治理
(1)开采解放层
为从根本上治理冲击地压,华丰煤矿实施了开采解放层方案,首先开采弱冲击倾向且没有出现冲击地压现象的6层煤,然后在解放范围内开采4层煤。研究结果表明,在保护角内4层煤顶底板围岩应力得到较大范围和幅度的降低,直接底、直接顶、基本顶应力降低幅度约35%。实施解放层开采后,冲击现象明显降低。
(2)合理开采
各煤层、水平、阶段、采区应按合理顺序开采,避免相向回采和形成孤岛煤柱。采用长壁开采方法,冒落法管理顶板。厚层坚硬砂岩顶板大面积悬顶时,应进行强行放顶。采用无煤柱护巷,尽量不留煤柱,少掘巷道。开拓巷道及永久峒室,应布置在岩层或无冲击地压危险的煤层中。
(3)煤层注水
有冲击倾向的工作面开采前进行超前注水可以提前改善煤层结构,降低煤体的冲击倾向性,是一种主动治理措施[2]。
(4)爆破卸压
工作面开采期间,可对工作面煤体进行超前松动爆破和卸压爆破。松动爆破是一种超前治理措施,卸压爆破是一种被动卸压治理措施,当监测到有冲击危险后,应立即实施卸压爆破。卸压孔深7~10m,孔间距不>5 m,每次引爆4~5个卸压孔,以提高卸压效果。另外,还可在切眼掘进期间应用过大钻孔卸压措施;在煤柱集中应力区应用巷道卸压等措施。
参考 文献 :
论文摘要:本文在分析华丰矿区地质开采环境特征的基础上，探讨了冲击地压形成的内外因和内在斑裂产生的机理。建立健全了灾害预测防治体系，提出了开采解放层、煤层注水、爆破卸压等治理防护措施。
0 引言
冲击地压是采场周围煤岩体，在其力学平衡状态破坏时，由于弹性变形能的瞬间释放而产生一种以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象。冲击地压是一种特殊的矿山压力显现。其显现强度特征一般为弱冲击、强冲击、弹射、矿震、岩爆、煤炮、冲击波、弹性振动等，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象;其发生突然剧烈，冲击波力量巨大，瞬间摧毁巷道、采煤工作面和设备，伤击人员。据统计，山东省从1996年至2005年3月份，先后有13处煤矿发生冲击地压灾害，发生破坏性冲击地压353次，死亡28人，重伤65人，摧毁巷道8 000余米。
新汶矿业集团华丰煤矿是一个具有水、火、瓦斯、煤尘、冲击地压等多种自然灾害的老矿井，开采历史长，生产条件较为复杂。随着生产水平的下移，第5水平(-1 100m水平)是目前的主要生产水平，矿井地面表高+130m，回采工作面采深达1 140m，开拓深度达1 200余米。矿井煤岩层为单一倾伏向斜构造，地层走向由NW—NNE渐变为NE—E，倾向由E变为N及NW，倾角32°~35°。华丰煤矿首次冲击地压发生在1992年3月8日2406(1)工作面上平巷，标高为-538m。首次冲击以来共发生0.5级以上冲击地压28000余次，1.0级以上冲击地压2900余次，1.5级以上冲击地压490余次， >2.0级以上的7次，最大震级2.9级。其中共发生破坏性冲击地压107次，造成工作面停产11次，累计造成41人重伤， 7人死亡，摧毁巷道2 000余米，平均顶底板移进1. 2m，两帮移进0.8m，摧毁巷道500余米，断面收缩率75%以上，其中大部分顶底板闭合，需要停产大修;累计破坏工作面长度400余米，平均底鼓1.1m，煤壁向老空区移进0.5m，共损坏单体液支柱407根，铰接顶梁503根，严重损坏了多台设备、设施及多道通防设施，累计造成直接经济损失850万元。因此，加强煤矿冲击地压灾害的预防与治理工作是煤矿安全生产工作当中急需解决的重大问题。
1 冲击地压发生的原因
冲击地压发生原因有内因、外因2种因素:内因包括煤层本身的物理属性、煤层原岩应力状态;外因包括采深、采动集中应力(主要为超前支承压力、煤柱集中应力等)、放炮诱发等。
1.1 冲击地压发生的内因
(1)煤层具有冲击倾向性
冲击地压的发生与煤岩体物理力学性质有直接关系。煤炭科学研究总院北京开采研究所对华丰煤矿4层煤冲击倾向性试验结果表明，华丰煤矿4层煤具有强烈冲击倾向性，其直接顶具有中等冲击倾向性[1]。
(2)砾岩活动是发生冲击地压的主要力源
华丰煤矿4层煤上方基本顶为70余米厚的砂岩层，随着工作面的推进周期性跨落;其上为40余米厚的红土层，随基本顶的跨落而弯曲下沉;再上部为500~800 m的巨厚砾岩层，砾岩层完整性较强，抗压及抗拉强度均较大，采后不易冒落下沉，导致砾岩层与红土层之间产生离层空间。随着采空面积的加大，巨厚砾岩层形成板状悬空岩梁，砾岩层原来的应力状态发生改变，从而增加了未采4层煤的应力水平。当板状砾岩层悬露面积达到一定程度后，开始缓慢下沉并周期性断裂跨落，砾岩层的断裂跨落对下部的煤岩体产生冲击载荷，从而加剧了4层煤工作面煤体的应力集中程度，导致4层煤工作面冲击危险增强，因此，巨厚砾岩层是发生冲击地压的主要力源。
1.2 冲击地压发生外因
(1)采深大应力高
华丰煤矿首次冲击地压发生在-538 m水平，垂深为668 m，即冲击地压发生临界深度为668m，开采大于该深度就有可能发生冲击地压。目前矿井最大开采深度为1 230m， 4层煤工作面开采深度已达970m，已远远超过该深度。随着4层煤工作面采深的加大，自重应力已超过4层煤的抗压强度，较高的原岩应力易使煤体产生应力集中而破坏。
(2)煤柱集中应力的影响
为满足煤层防火的要求，相邻采区之间和上下阶段之间留有采区和阶段隔离煤柱，现场实测和数值计算结果表明， 4层煤柱应力集中峰值范围为7~12m，当煤柱尺寸>12 m后，在煤柱内部将产生叠加应力，从而为煤柱冲击提供了基础应力条件。
(3)工作面采动集中应力和周期来压的影响
观测结果表明， 4层煤工作面超前支承压力集中范围为5~35m，应力集中系数为2. 5，但上方砾岩层的超前压力影响范围达120m。因此， 4层煤工作面采动集中应力对工作面影响较为明显。4层煤分层开采时上分层工作面周期来压强度最大达510 kn/m2，来压较为强烈。据不完全统计， 4层煤冲击地压83%发生在顶板来压期间，且对工作面超前压力影响范围破坏最为严重。
(4)工作面推采速度的影响
回采工作面推采过大后，工作面煤体集中应力得不到及时释放，容易造成应力集中，因此工作面推采速度也是影响冲击地压发生的因素之一。
(5)放炮诱发
回采工作面放炮容易造成煤岩体能量释放，因此工作面放炮是诱发冲击地压的主要工序，据统计，华丰煤矿放炮诱发冲击地压占75%以上。
2 冲击地压灾害预测预报及治理
2.1 冲击地压灾害预测方法
(1)经验类比法
经验类比法是预测采区或工作面冲击危险程度和区域的常用方法。工作面开采或巷道掘进前，利用经验类比法对工作面进行冲击危险程度划分，采空区边缘、断层附近、煤柱区等均为冲击危险程度相对较高的部位，应优先进行防冲治理。
(2)煤粉监测法
煤粉监测是操作方便、效果明显的一种冲击危险监测措施。监测方法:使用MSZ 12电煤钻、Φ42套节麻花钎子配Φ42钻头打眼，从孔口开始每米收集1次煤粉，并用弹簧秤称其重量记录在记录表上，每打完1个孔，必须立即将结果填入记录表，当监测煤粉量超过危险煤粉量时，预报有冲击危险。再利用电磁辐射法进行校核监测，当两种监测手段均有冲击危险时，应及时实施卸压爆破，炮后再打1~2个煤粉监测孔，校验卸压效果，如不能消除冲击危险，必须继续实施卸压爆破，直至消除冲击危险。
(3)电磁辐射监测法
电磁辐射监测是近几年由中国矿业大学发展研究的一种新型冲击危险监测方法，利用KBD 5型流动电磁辐射仪和KBD 7电磁辐射监测系统对工作面进行电磁辐射监测。操作简便，实用性较强。
(4)工作面矿压监测法
每班对上、下平巷超前支柱进行阻力监测，找出工作面超前支承压力影响范围及应力集中系数，确定超前支护距离及方式。根据阻力大小预报工作面顶板来压及应力集中区域。在工作面中部布置2个测区，测区间距20m，每个测区包括2个支架，重点对工作面支架阻力进行循环监测，然后画出监测曲线，预测工作面顶板来压情况，结合其他监测手段预报工作面冲击危险度。同时对每个支架都安设自动测压表，一方面可以对支架初撑力进行监控，另一方面可以对工作面顶板来压情况进行全面预报分析。
(5)微震监测法
利用短周期地震仪监测记录0. 5级以上冲击发生的次数及冲击地压释放的能量。利用此趋势预测预报近期冲击地压发生的趋势及应力释放情况。在定位系统建成之前，采用现在的地震仪现行监测①。
(6)钻孔应力计监测法
在工作面上、下平巷超前100 m均匀埋设钻孔应力计，对巷道煤体应力变化情况进行监测。钻孔应力计设在上平巷下帮、下平巷上帮，孔口距底板0. 5m，沿煤层倾角布置，孔距20 m，孔深10 m。每小班监测2次，画出每台应力计的监测结果，找出应力集中地点及集中范围，配合其他手段实现工作面冲击危险的准确预报①。
2.2 冲击地压灾害治理
(1)开采解放层
为从根本上治理冲击地压，华丰煤矿实施了开采解放层方案，首先开采弱冲击倾向且没有出现冲击地压现象的6层煤，然后在解放范围内开采4层煤。研究结果表明，在保护角内4层煤顶底板围岩应力得到较大范围和幅度的降低，直接底、直接顶、基本顶应力降低幅度约35%。实施解放层开采后，冲击现象明显降低。
(2)合理开采
各煤层、水平、阶段、采区应按合理顺序开采，避免相向回采和形成孤岛煤柱。采用长壁开采方法，冒落法管理顶板。厚层坚硬砂岩顶板大面积悬顶时，应进行强行放顶。采用无煤柱护巷，尽量不留煤柱，少掘巷道。开拓巷道及永久峒室，应布置在岩层或无冲击地压危险的煤层中。
(3)煤层注水
有冲击倾向的工作面开采前进行超前注水可以提前改善煤层结构，降低煤体的冲击倾向性，是一种主动治理措施[2]。
(4)爆破卸压
工作面开采期间，可对工作面煤体进行超前松动爆破和卸压爆破。松动爆破是一种超前治理措施，卸压爆破是一种被动卸压治理措施，当监测到有冲击危险后，应立即实施卸压爆破。卸压孔深7~10m，孔间距不>5 m，每次引爆4~5个卸压孔，以提高卸压效果。另外，还可在切眼掘进期间应用过大钻孔卸压措施;在煤柱集中应力区应用巷道卸压等措施。
参考文献:
[1] 郭惟嘉，沈光寒，闰强刚.华丰煤矿采动覆岩移动变形与治理的研究[J].山东矿业学院学报， 1995， 12(4): 359 364.
管理机制建设
建立瓦斯安全管理机制是避免瓦斯爆炸事故发生的物质源，为了预防和控制瓦斯爆炸事故的发生，实现安全系统工程中的本质安全，做好瓦斯安全管理工作是控制瓦斯爆炸事故的重要前提。
首先，消除瓦斯爆炸的物质危险源。最大限度地抽放瓦斯，抽出开采煤层、邻近煤层和采空区等瓦斯源中的瓦斯，减少井下瓦斯涌出量，是提前预防和控制瓦斯事故的根本措施，可实现瓦斯环境中采煤本质上的安全。对于局部聚集的瓦斯，可采用隔离法、分支通风法、引风法等措施来隔离或者吹散巷道内聚集的瓦斯，保障生产安全。其次，建立健全可靠的通风系统。强化通风的安全管理，保证整个矿井和井下各个工作面上都有足够的风量，有效、稳定和连续不断，保持足够的风速，足以用来稀释工作面的瓦斯和驱散涌出的瓦斯，这是防止瓦斯聚积含量超限，避免瓦斯爆炸事故发生最根本和最有效的措施。因此，要求矿井必须拥有完善的通风系统，按要求为井下提供足够的风量。最后，建立矿井瓦斯监测系统。配置安全技术装备供瓦斯检测人员对整个矿井井下的瓦斯含量进行监测，每次监测都要如实地反映出现场的瓦斯变化情况，并将监测结果及时填写在记录本和瓦斯日报表上，通知现场工作人员。如果有瓦斯积聚超限的异常状况，应及时采取措施，使之达到安全要求，真正做到及时发现及时改变，杜绝瓦斯事故的发生。
建立火源安全管理机制。引爆火源的特征主要有电气火花、放炮火源、摩擦撞击、吸烟明火等，火源安全管理应包括明火、电火花、放炮火花等的管理。通过对引爆火源的安全管理，可从根本上阻断瓦斯爆炸所必需的温度条件，从而有利于控制瓦斯爆炸事故。加强矿井用电安全管理。矿工长期在低电压供电线路中所养成的带电接线、搭火、换灯泡等习惯，如果在井下高压电力作业中仍然如此则后果不堪设想。因此，用于井下的电气设备必须进行防爆检测，合格后才能使用；井下电缆接头不准留有明接头，对电缆经常检查，防止漏电，设置漏电保护器；矿灯必须经检验合格后方可使用，如在井下发生损坏，严禁在井下打开电池盒或自行修理。加强矿井用火安全管理，严禁在井下吸烟和生火取暖。瓦斯泵房及附近20 m以内不许存在明火。在井下不准进行电焊和气焊等焊接作业，如确实需要则必须严格执行报批手续。加强井下放炮的安全管理。井下作业时要对火药和雷管进行严格管理，实行审批使用程序。严禁简化放炮程序、放明炮及明电放炮、多母线放炮、违规填充炮泥、反向爆破、一次装药多次爆破、使用岩石炸药爆破等。加强摩擦撞击的安全管理，采煤机械截割部件上需加洒水喷雾降温设备，严禁在井下通风不良区域使用可产生火花的金属工具和机械设备。如果发生瓦斯事故，抢险救灾时须使用专用工具。
建立瓦斯监测监控管理机制 。通过定点和不定点，24 小时不间断的监测手段，对瓦斯的状态形成一个可视网，出现异常能及时发现，迅速采取有效的措施，防止瓦斯灾害事故的发生。监测监控大体可分静态和动态两种。静态监测监控的重点是管好、用好现有安全监测监控，利用现有的科技手段，对风量、风速、瓦斯以及一氧化碳等有害气体进行监测和监控；利用瓦斯断电报警仪、三专两闭锁等设施解决瓦斯超限时的断电停机、瓦斯超限报警、停风就断电的问题。同时，监测人员通过监视屏幕，不间断监视瓦斯动态情况。动态监测监控的重点是光学瓦检仪、便警仪的管理和使用。瓦检人员按规定要求检查、测试瓦斯等气体。专职瓦检员、班组长、跟班干部、下井领导都应参与瓦斯检查，加强现场管理，关键是抓好包括静态设施设备在内的各类仪表、传感器的定期检查、校验工作，保证灵敏度、可靠性。安全监测监控还需要进一步改进，应把井下各类风门的开闭状态纳入监测监控管理，积极推广新工艺、新技术，依靠先进的监测监控搞好瓦斯的动态管理。
健全机构、建立培训机制。建设一支高素质的瓦斯管理队伍是搞好瓦斯管理工作的必要条件。 因此，建立一支技术过硬的职工和管理队伍应抓好以下方面：健全机构，从人员上要不断充实，目的是健全和加强管理；爱岗敬业、安全教育，提高每个职工的安全意识和岗位责任意识， 也是搞好思想建设的重点内容；加强业务技术培训，职工培训是队伍建设的基础，尤其是特殊岗位人员，如监测工、瓦检员、测风员等，对其进行业务技术培训，提高业务水平，坚持装备、管理、培训并重的原则，应该常抓不懈。总之，只要坚持“管理、装备、培训并重”原则，坚持“先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针；优化矿井生产布局，合理组织生产，推广应用新技术、新工艺、新装备，加强瓦斯综合治理，一定能够科学、有效地防治各类瓦斯事故，确保矿井安全高效生产。
大胆探索
自然灾害是煤矿安全的大敌，而要提高矿井抗灾防灾能力，首先要解决矿井“一通三防”硬件设施的建设。1985年投产的山西乡宁焦煤集团台头前湾煤业有限公司，27年来，在防灾抗灾方面做了许多尝试和试探，也积累了许多有益的经验。山西乡宁焦煤集团台头前湾煤业有限公司，井田面积14.352平方公里，批准开采2#—10#煤层，现主采的是2#煤层，采煤方法为综合机械化开采。矿井通风方式为中央并列式，设计有2个进风井和1个回风井，总进风量为3288 m3/min，总排风量为3362m3/min。从原始设计上看，是科学的、合理的。由于近十多年来，周边小窑迅猛发展和矿自身的2#煤层已基本采完，现又面临许多新的问题。一方面是周边小窑众多，越层越界开采屡有发生，使得采区设计长度和工作面不断缩减；另一方面，由于2#煤层采空区不断增加，再之众多小窑采取的是自然通风的方式，进一步加剧了2#煤层的自燃，并通过采空区地缝间隙，直接影响着2#层的开采安全，也使得煤矿地质条件变得更加复杂。从2002年起，台头前湾矿对所有采区的工作面进行了全部勘查、测定，先后制定出10多个局部通风系统改造方案，在五个方面进行了大胆探索：坚决贯彻“先抽后采、监测监控、以风定产”的总原则。从2001年起，公司原煤产量逐年增加，从2000年前的30万吨，提高到2011年的90万吨，2012年，计划年产量90万吨，力争突破100万吨。2012年4月，公司对西山坪主扇进行了重新启用和运行鉴定，经反复测定和计算，可保证满足新采区安全生产需要。
加快实施对通风系统的改造。因矿井2109运输掘进巷与2109回风掘进巷共用一段回风巷集中回风的，但由于当时总回风巷断面设计小，且部分地面顶板又破碎，支护后必然产生较大阻力。而负责这个矿井的西山坪主扇，经改造后已达到额定最大的排风能力，仍不能满足开掘新工作面的要求。于是，在总工程师的带领下，矿技术人员经过反复比较，最后决定对回风大巷进行整修，扩大断面，减少通风阻力。这样既不影响生产，又解决了采区的供风问题。改造工作全部结束后，效果十分显著。排风量由2800 m3/min提高到3300 m3/min以上，为采区的扩大生产提供了有力保障。其次，矿对2109运输巷补掘了回风绕道，形成了独立的通风系统。
建立完善的监测体系。针对南翼采区上的小窑多、采空区多已自燃的特点，前湾矿对所有工作面都安装上瓦斯及一氧化碳自动监测报警系统，以达到对各工作面实行自动监测并保证全公司的安全生产。
加强对周边小窑通风情况的监测。公司企管科配合通风科经常对周边小窑进行定期的检查和气体监测，并把检查监测结果及时通报有关部门和单位，及时做好预测预报工段。
关键词：煤仓瓦斯；灾害；措施
引言
对于高瓦斯矿井选煤厂来说，煤仓普遍存在着瓦斯积聚和超限问题，有时煤仓瓦斯浓度远远超过《煤矿安全规程》的规定标准，极大地威胁着选煤厂的安全生产。井下煤炭采掘后经运输系统进入选煤厂贮煤仓后，堵严煤仓下口，贮煤仓上仓口到煤仓贮煤位间形成盲仓，瓦斯能长时间、均匀地从煤体中释放出来，加之仓内空气流通性差，极易造成煤仓上部瓦斯积聚。另外，由于仓内贮煤时间长且多，煤仓下部压力大，煤中瓦斯不易释放，因而当仓下放煤时，瓦斯就会随煤在出煤口释放，往往导致煤仓下部仓口处瓦斯浓度较大，故而在高瓦斯矿井选煤厂中，煤仓瓦斯是十分重大的危险源。陕西陕煤黄陵矿业公司一号煤矿属于高瓦斯矿井，瓦斯绝对涌出量已达100m3/分钟，其配套的选煤厂设计有3个三万吨煤仓、3个一万吨煤仓，煤仓总贮煤量达到12万吨。其中3个三万吨煤仓仓直径达30米，仓内净高达60米，其仓容和仓高在国内较为少见，属特大型煤仓。因此，一号煤矿选煤厂煤仓的瓦斯灾害较为严重，必须采取有效措施进行治理。
1 瓦斯的特性及危害
1.1 瓦斯的物理特性
瓦斯是一种无色、无味的气体，密度约为0.554g/cm3。瓦斯难溶于水，比空气轻，扩散性比空气高1.6倍，虽然无毒，但当其浓度高时，会使人因缺氧而窒息。瓦斯不助燃，但当其在空气中有一定浓度并遇到高温时，能引起爆炸。
1.2 煤体中瓦斯的贮存和解吸
瓦斯通常是以游离状态和吸附状态存在于煤体的裂隙和孔隙内。游离状态和吸附状态的瓦斯处于不断变换的动平衡状态。在压力降低、温度升高或煤体结构受到破坏时，部门吸附状态的瓦斯就轻化为游离状态，即发生解吸现象。煤炭被采掘出后以及在随后的转运过程中，吸附状态的瓦斯因煤体结构被破坏，外界压力减小和温度升高等因素，一直处于解吸状态，因此吸附的瓦斯不断地从煤体中逸出，散发到空气中，当处于通风不畅通的地点，瓦斯便很容易积聚。
1.3 瓦斯爆炸的条件及危害
瓦斯爆炸必须同时具备三个条件：一是要有一定浓度的瓦斯，瓦斯爆炸的浓度界限一般为5%-16%，但煤尘的混入则可以降低瓦斯的爆炸下限；二是要有一定温度的引火源，通常为650-750℃，电气火花、明火、煤自燃、撞击及摩擦火花等都足以引爆瓦斯；三是要有足够的氧气。瓦斯爆炸时，瞬间温度可达到1850-2650℃，爆炸压力可达0.75-1.03Mpa，是正常大气压力的7-10倍。这种高温、高压的气流，形成强大的爆炸冲击波，以极快的速度自爆炸点向四周冲击，可直接摧毁设备，并造成巨大的人员伤亡。
2 国内选煤厂煤仓瓦斯灾害的案例
我国高瓦斯矿井选煤厂发生瓦斯事故的案例也很多，在此列举几个典型案例。
2.1 案例1
山西焦煤集团屯兰煤矿属于高瓦斯矿井，屯兰矿选煤厂是一座设计入选原煤能力4Mt/a的大型炼焦煤选煤厂，有原煤仓4个，产品仓4个。2001年5月，屯兰选煤厂焊工在产品仓上部对刮板运输机横梁的插板进行电焊作业时，在没有任何安全措施的情况下，致使电焊火花掉入产品仓内，引起瓦斯爆炸，造成该电焊工重伤。
2.2 案例2
1991年至今，山西阳泉煤业集团选煤厂共发生瓦斯事故11起，其中新景矿选煤厂发生4起煤仓瓦斯事故，分别是1997年11月、1997年12月、1998年4月、1999年5月。
3 一号煤矿选煤厂煤仓瓦斯灾害预防和治理的具体措施
陕西陕煤黄陵矿业公司一号煤矿井下瓦斯的绝对涌出量在100m3/min左右，属高瓦斯矿井，其配套的选煤厂是一座设计入选能力为6Mt/a的特大型选煤厂，建有原煤仓3个，单仓仓容为3万吨，另外还有3个地销产品仓，单仓仓容为1万吨。这些煤仓自2011年3月份建成投用以来，发现煤仓的瓦斯涌出量较大，尤其是三个3万吨的大型煤仓放煤时，煤仓下部仓口的瓦斯涌出量很大，并在仓口上方的隅角积聚，这些部位的瓦斯浓度已超过1%，有时甚至达到2%左右，给选煤厂的安全工作带来了很大隐患。为了有效的预防和治理煤仓的瓦斯灾害，我们结合具体情况，采取了以下一些具体措施。
3.1 加强瓦斯灾害的宣传教育，强化职工的瓦斯意识
针对地面职工对瓦斯的危害认识不到位，瓦斯事故安全意识淡薄的现实状况，我们狠抓宣传教育工作。一是组织全体职工学习煤矿瓦斯的基本知识，认清选煤厂煤仓瓦斯的危害。二是搜集了大量国内选煤厂瓦斯事故的案例，在班前会上给职工讲解。三是从矿上职教部门借来瓦斯爆炸事故的光碟，在学习室播放组织职工观看，通过强烈的视觉冲击和惨痛的事故现场，震撼教育职工。
3.2 防止瓦斯积聚
防止瓦斯积聚可采取自然通风、强制通风和强制抽放等措施。一是加强各处煤仓上部抽放风机的管理。我们将煤仓上部抽放风机的运行监护工作落实到每班的岗位工，作为其设备监护和班后交接的一项工作，发现故障及时上报厂部，迅速安排人员解决，并且落实专人（安监员）对各风机实行定期倒换运转，对停运风机强制进行维护和检修。二是针对煤仓下部瓦斯涌出较大的情况，我们首先加强仓体周围换气扇的运行管理，要求所有换气扇头必须24小时开启运行，出现问题及时修复；其次要求仓体四周的所有门窗全部打开，加强自然通风；再是对煤仓放煤口上部的各处盲区、隅角进行填充、封堵，消除易发生瓦斯积聚的通风死角；另外针对放煤时仓上瓦斯涌出大的情况，我们在煤仓下皮带间安装了两台11千瓦的局部风机，当放煤时将风机开启，用风筒对仓口上方强制通风，将瓦斯吹散，以防止发生积聚。
3.3 设计、安装抽放设施
为从根本上解决三个3万吨大型煤仓下部的瓦斯隐患，我们又在每个煤仓下部增加安装了两台抽放风机，并配套了抽放管路至每个放煤仓口的上方，及时抽排放煤时涌出的瓦斯。这样，在冬季来后，即使仓体四周的门窗关死，也能保证瓦斯的抽放，防止瓦斯积聚。
3.4 严管火源
火源是引发瓦斯事故的一个重要原因，必须从严管理。
（1）防止明火。煤仓上下禁止使用明火、吸烟、无安全措施施工等现象，一经发现严肃追查，从重处理。
（2）杜绝失爆。煤仓上下各类电气设备全部按防爆标准进行管理，杜绝各类失爆现象。我们与施工方配合，对煤仓上下所有电气设备逐台进行了防爆标准整改，并定期检查。
（3）防止其他火源。主要是防止机械设备运转和检修安装过程中产生的摩擦、撞击火花，对有可能出现的这类火源及时预防。
3.5 建设和完善瓦斯的自动监控系统
可靠的瓦斯监控系统是全天候监控瓦斯浓度是否超标的重要保证，为更好的防治煤仓瓦斯，在完善抽放系统的同时，我矿正在积极筹备建设选煤厂瓦斯监控系统，并将并入全矿井的瓦斯监控系统，进行统一管理。
4 结束语
