东滩煤矿一采区矿井动力灾害发生机理

收稿日期： 2012 － 08 － 20 作者简介： 关 众（ 1981 － ） ，男，辽宁沈阳人，工程师，2004 年毕业于辽宁工程技术大学，主要从事煤矿设计工作。
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2012 年 10 月
煤炭工程
研究探讨
WET 和 KE 的隶属度各为 0. 3，由此判定 3 煤属于 2 类，为具 有弱冲击倾向的煤层。
研究探讨
煤炭工程
2012 年 10 月
东滩煤矿一采区矿井动力灾害发生机理分析
关 众，李 岚
（ 中煤国际工程集团 沈阳设计研究院，辽宁 沈阳 110015）
摘 要： 结合东滩煤矿井田地质条件和工作面开采时矿震情况，分析了东滩煤矿一采区矿井 动力灾害发生条件，确定了回采工作面矿震发生机理，指导煤矿开采过程中矿井动力灾害的预测 与防治。
关键词： 井田地质条件； 矿井动力灾害； 矿震； 发生机理 中图分类号： TD32 文献标识码： B 文章编号： 1671 － 0959（ 2012） S2-0114-03
1 东滩煤矿井田地质概况
东滩井田位于兖州煤田东部峄山断层西侧的兖州向斜 核部和深部，地质构造复杂程度属较简单，以宽缓的褶皱 为主，伴有一定数量的断裂构造。纵观全井田可以京沪铁 路为界分为两大块： 铁路以西地质构造复杂程度较简单， 勘探程度和地质研究程度较高； 铁路以东地质构造复杂程 度偏中等，勘探程度和地质研究程度较低。东滩煤矿一采 区位于铁路以东块段，地质构造中等，宽缓褶皱两翼倾角 变大，断层增多。采区内深部有一巨大向斜和 F1 、F2 、F3 、 F4 、F5 、F6 、F7 、F8 、F9 、F10 、F12 、F14 、F15 等 13 条 小 断 层，一般落差均大于或等于一次采高，对采煤有一定影响。
107 49 57 63 85 72 1. 51 1. 62 2. 41 2. 43 2. 04 2. 00 12. 8 3. 64 5. 30 6. 43 8. 2 7. 27 弱冲击倾向
133 4. 86 7. 6
由表 1 看出，东滩煤矿 3 煤的弹性能量指数为 7. 6，属 于 3 类，具有强烈冲击倾向。然而，对冲击倾向采用模糊 综合评判时，根据 3 个指数各自特性，DT 的隶属度为 0. 4，
上方坚硬顶板容易形成结构，不易冒落。但当满足失稳条 件时，使顶板突然下落而使能量集中释放，会引起较大的 震动。
2. 4 煤层及顶、底板岩层冲击倾向性
1） 煤层冲击倾向。煤层冲击倾向性鉴定试验所用试件 采自东滩煤矿 3 煤煤层。判定 3 煤冲击倾向类别的各项指 数试验测定结果见表 1。
表 1 3 煤冲击倾向性指数测定结果
表 3 3 煤煤层顶、底板弯曲能量试验结果
单轴抗压 强度 / MPa
131. 44 95. 01 119. 12 107. 17 52. 84 82. 30 44. 03 153. 04
抗拉强度 / MPa 7. 78 5. 73 7. 69 7. 07 5. 10 10. 9 10. 44 9. 40
项目
1
2 动态破
3
坏时间 4
DT / ms
5
平均值
1
冲击能
2
3 量指数
4
KE /KJ
5
平均值
1
弹性数
2
3 量指数
4
/ WET
5
平均值
综合评判结果
3 层煤 14315 3 层煤 14315 3 层煤各项
工作面下部 工作面上部 指数平均值
81 140 78 588 83 194 3. 35 2. 27 9. 19 2. 71 21. 07 7. 72 12. 7 6. 7 6. 3 9. 3 4. 7 7. 9
2） 煤层顶、底板冲击倾向性。煤层顶、底板冲击倾向 性是遵照中华人民共和国煤炭行业标准 《岩石冲击倾向性 分类及指数的测定方法》 中提供的顶、底板冲击倾向性评 判标准（ 见表 2） 进行评判的。
表 2 顶、底板冲击倾向性评判标准
类别 名称 指数 KJ
1类 无冲击倾向
UWQ ≤10
2类 弱冲击倾向 10 ＜ UWQ ≤100
综合以上分析，东滩煤矿一采区煤层为弱冲击倾向煤 层，顶、底板均属于弱冲击倾向性岩层。
样别
南大巷煤层顶板 0 ～ 16m 南大巷煤层顶板 16 ～ 30m
西翼煤层顶板 0 ～ 8. 5m 西翼煤层顶板 8. 5 ～ 13m 西翼煤层顶板 13 ～ 30m 东大巷煤层底板 0 ～ － 5m 东大巷煤层底板 － 6 ～ － 30m 东翼煤层底板 0 ～ － 30m
ห้องสมุดไป่ตู้
弹性模量 / × 103 MPa
31. 23 20. 43 29. 15 30. 95 8. 55 28. 33 31. 3 36. 5
深度应力 / kg·m － 2 1432 × 103 1583 × 103 1503 × 103 1405 × 103 1320 × 103 1740 × 103 1728 × 103 1759 × 103
2. 2 上覆岩层
一采区上覆岩层多数为厚层的坚硬砂岩岩层。这类岩 层完整性强，本身能积蓄弹性能，破坏时将释放出大量能 量，造成动力灾害的发生。
2. 3 地应力
东滩煤矿一采区最大主应力方向角为 50°左右，最大主 应力是垂直应力的 1. 5 倍左右。一采区工作面推进方向为 41. 7°，所以最大主应力方向与推进方向近似平行，使煤层
2 东滩煤矿一采区矿井动力灾害发生条件
东滩煤矿一采区在巷道掘进和回采期间曾几次出现异 常动力现象，并发生过一次较严重的矿震事故。综合分析 一采区开采地质条件，得出其矿井动力灾害发生条件主要 有以下几个方面［1 ～ 5］：
2. 1 开采深度
东滩煤矿一采区开采深度达到 600m。随着开采深度的 增加，煤层的自重应力随之增加，煤岩体中聚积的弹性能 也随之增加，矿井动力灾害发生的可能性也随之增大。
3类 强烈冲击倾向
UWQ ＞ 100
岩石冲击倾向性鉴定试验所用试件采自东滩煤矿 3 煤煤 系的围岩。3 煤煤层顶、底板弯曲能量试验计算结果见表 3。
由表 3 看出： 南大巷煤层复合顶板弯曲能量指数 为 9. 33kJ，西翼煤层复合顶板弯曲能量指数为 13. 78kJ； 东大 巷煤层复合底板弯曲能量指数为 35. 46kJ，东翼煤层底板复 合底板弯曲能量指数为 31. 85kJ。根据表 2 判定 3 煤煤层的 顶、底板底板均属于 2 类，为具有弱冲击倾向性的岩层。