16-黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征与防治
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[关键词] 黄陇侏罗纪; 冲击地压; 地质特征; 褶曲; 低应力布置 [ 中图分类号] TD324 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1006-6225 (2019) 01-0110-06
Geological Characteristic and Control of Rock Burst of Huanglong Jurassic Coal Mine Field
永陇矿区崔木煤矿顶板坚硬, 在盘区大巷、 工 作面回采巷道、 停采回撤联络巷多次发生冲击地 压。 招贤煤矿工作面回采、 掘进都出现了冲击地压 显现。 此外郭家河煤矿也有冲击地压动力现象, 周 边的园子沟煤矿目前仍处于建设阶段, 开拓及准备 期间可见轻微动力现象, 经评价具有冲击危险性。
2 黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征
[ 基金项 目 ] 国 家 重 点 研 发 计 划 ( No． 2017YFC0804204 ) ; 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( No． 51704055 ) ; 中 国 煤 炭 科 工 集 团 面 上 基 金
( No． 2017MS006)
[ 作者简介] 潘俊锋 (1979-) , 男, 陕西旬邑人, 博士, 研究员, 主要从事冲击地压、 矿井岩层控制与安全高效开采等方面的研究工作。
第 24 卷 第 1 期 ( 总第 146 期) 2019 年 2 月
煤 矿 开 采 COAL MINING TECHNOLOGY
Vol． 24No． 1 ( Series No． 146) February 2019
黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征与防治
潘俊锋1 , 简军峰2 , 刘少虹1 , 赵文革3 , 原德胜3 , 王洪涛4 , 刘 虎5
2． 1 煤岩冲击倾向性 一般来说, 煤岩冲击倾向性越强, 发生冲击地
压的可能性就越大, 但并不是说具有强冲击倾向性 的煤层就一定会发生冲击地压, 冲击地压的发生不 仅仅与煤、 岩层的冲击倾向性有关, 而且与煤岩层 的结构特点和煤岩层的组合形式具有密切的关系, 同时还受开采技术条件的直接影响。 冲击倾向性是 煤岩发生冲击地压的必要因素之一。
(1． 天地科技股份有限公司 开采设计事业部, 北京 100013; 2． 陕西省煤炭生产安全监督管理局, 陕西 西安 710000; 3． 陕西彬长矿业集团有限公司, 陕西 咸阳 711300; 4． 陕西长武亭南煤业有限责任公司, 陕西 咸阳 711300; 5． 陕西正通煤业有限责任公司, 陕西 咸阳 711300)
0 ~ 12 0 ~ 12 3 ~5
7 7
开拓方式 回采工艺
立井 立井 立井 立井 立井 斜井
立井
立井 立井+斜井
立井
立井
立井+斜井
综放 综放 综放 综放 综放 综放 综采 综放 综放 综放 综采 综采 综采 综采 综采
区段煤柱 宽度 / m 20 ~ 70
30 6 20 ~ 45 6 ~8 20 20 25 20 ~ 35
1． 1 冲击地压矿井地质开采条件 陕西省主要煤炭资源可分为五大煤田, 即陕北
侏罗纪煤田、 陕北石炭二叠纪煤田、 陕北三叠纪煤 田、 渭北石炭二叠纪煤田和黄陇侏罗纪煤田。 黄陇 侏罗纪煤田包括了永陇矿区、 彬长矿区、 黄陵矿区
[ 收稿日期] 2018-12-18
[ DOI] 10． 13532 / j． cnki． cn11-3677 / td． 2019． 01． 024
表 1 黄陇侏罗纪煤田冲击地压矿井地质及开采条件
矿井名称
胡家河煤矿 孟村煤矿 亭南煤矿
高家堡煤矿 小庄煤矿
水帘洞煤矿
雅店煤矿
蒋家河煤矿 郭家河煤矿 园子沟煤矿
崔木煤矿
招贤煤矿
煤层编号
4 4 4 4 4 4 1 4 4 3 2-1 2 3 2 3
煤层埋深 / m
640 ~ 800 430 ~ 890 400 ~ 700 800 ~ 1250 380 ~ 800 310 ~ 441 232 ~ 446 417 ~ 632 322 ~ 637 400 ~ 600
[ 摘 要] 陕西省现有 12 对冲击地压矿井主要集中在黄陇侏罗纪煤田深部开采区, 介绍了黄陇 侏罗纪煤田冲击地压矿井地质开采条件与显现特征, 结合黄陇侏罗纪煤田彬长矿区、 永陇矿区各矿井 煤岩层冲击倾向性鉴定、 矿井、 采区、 采掘工作面冲击危险性评价以及防治冲击地压方案研究成果, 总结分析了黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征, 彬长矿区、 永陇矿区冲击地压发生主导因素为褶曲构 造与厚硬顶板岩层。 开展了建设矿井低应力优化布置, 生产矿井及建设矿井的采掘工作面动静载荷源 分源调控技术推广, 并提出了下一步防冲建议, 为黄陇侏罗纪煤田深部开发提供实践指导。
冲击地压是典型煤岩动力灾害之一, 并可能诱 发煤与瓦斯突出、 煤层自然发火、 冒顶等次生灾 害, 严重威胁我国煤矿的安全生产[1-10] 。 我国主要 冲击地压矿区, 在致冲主控因素上表现出显著的共 性特征, 比如河南义马矿区主要受巨厚砾岩和大型 逆冲断层影响; 山东兖州矿区主要受上覆巨厚红层 砂岩影响; 山东巨野矿区主要受厚表土薄基岩影 响; 山东济宁矿区主要受断层构造影响。 上述大型 主控因素往往是形成冲击地压的主导因素。 因此, 横向总结矿区主控因素, 基于主控因素开展矿区冲 击地压灾害分类防治是新时期冲击地压灾害防治的 重点, 也为解决群死群伤的重大冲击地压灾害提供 了新思路。
PAN Jun-feng1 ,JIAN Jun-feng2 ,LIU Shao-hong1 ,ZHAO Wen-ge3 ,YUAN De-sheng3 ,WANG Hong-tao4 ,LIU Hu5
(1． Coal Mining and Designing Department, Tiandi Science & Technology Co． , Ltd． , Beijing 100013, China; 2． Shaanxi Province Coal Production Safety Administration Bureau, Xi’ an 710000, China; 3． Shaanxi Binchang Mining Group Co． , Ltd． , Xianyang 711300, China; 4． Shaanxi Changwu Tingnan Coal Mine Co． , Ltd． , Xianyang 711300, China; 5． Shaanxi Zhengtong Coal Mine Co． , Ltd． , Xianyang 711300, China)
据调 研, 2013 年 1 月, 胡 家 河 煤 矿 在 准 备 402103 工作面时首次发生冲击地压, 现场表现为 煤炮频繁且剧烈, 煤块弹射严重, 顶底板瞬间大变 形, 锚索断裂频繁等。 该矿冲击地压显现主要表现 在构造影响区的采掘扰动。
彬长矿区的孟村煤矿冲击地压发生在一盘区开 拓大巷掘进期间, 主要分在褶曲与断层带。 亭南煤 矿在 2 盘区开采第 3 个工作面时出现了冲击地压显 现, 并且单面可达 42 次冲击, 主要表现为向斜轴 部的临空巷道。 高家堡煤矿在一盘区 3 条开拓大巷 同一区域发生多次冲击地压。
550 600 500 ~ 600 186 ~ 421 171 ~ 611
煤层厚度 / m
22 16． 25 11． 05
9． 2 18 12． 2 2． 63 12． 07 1． 05 ~ 10． 85 11． 57 3． 2 12 16． 89 2． 44 11． 96
煤层倾 角/ (°)
0 ~5 3 ~8 0 ~7 2 ~ 11 4 ~6 3 ~8 0 ~7 0 ~7 2 ~ 11
[ 引用格式] 潘俊锋, 简军峰, 刘少虹, 等 ． 黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征与防治 [ J] . 煤矿开采, 2019, 24 (1) : 110-115．
110
潘俊锋等: 黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征与防治
2019 年第 1 期
(煤层平均埋深 350m) 、 焦平矿区 ( 煤层平均埋深 市麟游县境内。 彬长矿区主采 4 号煤层, 永陇矿区 400m) 和旬耀矿区 ( 煤层埋深 200 ~ 350m) 。 截至 主采 2 号、 3 号煤层, 各煤层普遍较硬, 埋深大, 2018 年 12 月, 陕 西 省 冲 击 地 压 矿 井 共 计 12 座, 厚度变化大, 瓦斯高, 顶部坚硬, 并且富含裂隙 主要分布于煤层埋深较大的黄陇侏罗纪煤田彬长、 水。 各矿井地质、 开采技术条件详细见表 1。 永陇矿区, 行政区划属咸阳市长武县、 彬县和宝鸡 1． 2 冲击地压显现特征
本文利用课题组多年来在陕西省开展研究得来 的数据成果, 以陕西黄陇侏罗纪煤田彬长、 永陇矿 区为研究对象, 对该区域冲击地压发生的自然地质 特征进行系统分析, 总结得出黄陇侏罗纪煤田冲击 地压地质特征, 提出了防治思路与建议, 为黄陇侏 罗纪煤田深部安全开采提供技术指导。
1 黄陇侏罗纪煤田冲击地压矿井条件
Abstract: Most of the twelve rock burst coal mine of Shaanxi province located at Huanglong Jurassic coal mine field in deep, it illustrated its geological mining condition and characteristic, based on coal and rock bursting potential, bursting hazard evaluation of coal mine, mining area and working face and prevention and control method of rock burst of Binchang mining area of Huanglong Jurassic coal mine field and Yonglong mining area, and summarized rock bursting geological characteristic of Huanglong Jurassic coal mine field, the main induced factors of rock burst were fold and thick roof strata． And then low pressure optimal layout of coal mine was proceed, also promoted dynamic and static different stress source of working face, and some suggestions of rock burst control were also proposed, it could reference for mining in deep． Key words: Huanglong Jurassic; rock burst; geological characteristic; fold; low stress lay out
黄陇侏罗纪煤田冲击地压矿井煤层冲击倾向性 鉴定结果如表 2 所示。 由表可知, 彬长矿区 4 煤层 强度 较 高, 大 部 分 区 域 4 煤 单 轴 抗 压 强 度 可 达 20MPa 以 上, 包 括 高 家 堡、 孟 村 和 胡 家 河 煤 矿, 具有强冲击倾向性, 小庄和雅店矿具有弱冲击倾向 性。 此外, 附近矿井开采的 1 煤、 2 煤和 3 煤均具 有弱冲击倾向性。
35
首次动力现象 埋深 / m 650 730 510 830 620
427
580 600
冲击地压在陕西省煤矿出现的时间相对较晚, 直到 2013 年黄陇侏罗纪煤田彬长、 永陇矿区大规 模开发, 冲击地压灾害才开始凸显, 但之后冲击地 压矿井数量、 发生次数井喷式增长, 短短 4a 内即 成为黄陇侏罗纪煤田深部开采区主要灾种之一。
Geological Characteristic and Control of Rock Burst of Huanglong Jurassic Coal Mine Field
永陇矿区崔木煤矿顶板坚硬, 在盘区大巷、 工 作面回采巷道、 停采回撤联络巷多次发生冲击地 压。 招贤煤矿工作面回采、 掘进都出现了冲击地压 显现。 此外郭家河煤矿也有冲击地压动力现象, 周 边的园子沟煤矿目前仍处于建设阶段, 开拓及准备 期间可见轻微动力现象, 经评价具有冲击危险性。
2 黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征
[ 基金项 目 ] 国 家 重 点 研 发 计 划 ( No． 2017YFC0804204 ) ; 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( No． 51704055 ) ; 中 国 煤 炭 科 工 集 团 面 上 基 金
( No． 2017MS006)
[ 作者简介] 潘俊锋 (1979-) , 男, 陕西旬邑人, 博士, 研究员, 主要从事冲击地压、 矿井岩层控制与安全高效开采等方面的研究工作。
第 24 卷 第 1 期 ( 总第 146 期) 2019 年 2 月
煤 矿 开 采 COAL MINING TECHNOLOGY
Vol． 24No． 1 ( Series No． 146) February 2019
黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征与防治
潘俊锋1 , 简军峰2 , 刘少虹1 , 赵文革3 , 原德胜3 , 王洪涛4 , 刘 虎5
2． 1 煤岩冲击倾向性 一般来说, 煤岩冲击倾向性越强, 发生冲击地
压的可能性就越大, 但并不是说具有强冲击倾向性 的煤层就一定会发生冲击地压, 冲击地压的发生不 仅仅与煤、 岩层的冲击倾向性有关, 而且与煤岩层 的结构特点和煤岩层的组合形式具有密切的关系, 同时还受开采技术条件的直接影响。 冲击倾向性是 煤岩发生冲击地压的必要因素之一。
(1． 天地科技股份有限公司 开采设计事业部, 北京 100013; 2． 陕西省煤炭生产安全监督管理局, 陕西 西安 710000; 3． 陕西彬长矿业集团有限公司, 陕西 咸阳 711300; 4． 陕西长武亭南煤业有限责任公司, 陕西 咸阳 711300; 5． 陕西正通煤业有限责任公司, 陕西 咸阳 711300)
0 ~ 12 0 ~ 12 3 ~5
7 7
开拓方式 回采工艺
立井 立井 立井 立井 立井 斜井
立井
立井 立井+斜井
立井
立井
立井+斜井
综放 综放 综放 综放 综放 综放 综采 综放 综放 综放 综采 综采 综采 综采 综采
区段煤柱 宽度 / m 20 ~ 70
30 6 20 ~ 45 6 ~8 20 20 25 20 ~ 35
1． 1 冲击地压矿井地质开采条件 陕西省主要煤炭资源可分为五大煤田, 即陕北
侏罗纪煤田、 陕北石炭二叠纪煤田、 陕北三叠纪煤 田、 渭北石炭二叠纪煤田和黄陇侏罗纪煤田。 黄陇 侏罗纪煤田包括了永陇矿区、 彬长矿区、 黄陵矿区
[ 收稿日期] 2018-12-18
[ DOI] 10． 13532 / j． cnki． cn11-3677 / td． 2019． 01． 024
表 1 黄陇侏罗纪煤田冲击地压矿井地质及开采条件
矿井名称
胡家河煤矿 孟村煤矿 亭南煤矿
高家堡煤矿 小庄煤矿
水帘洞煤矿
雅店煤矿
蒋家河煤矿 郭家河煤矿 园子沟煤矿
崔木煤矿
招贤煤矿
煤层编号
4 4 4 4 4 4 1 4 4 3 2-1 2 3 2 3
煤层埋深 / m
640 ~ 800 430 ~ 890 400 ~ 700 800 ~ 1250 380 ~ 800 310 ~ 441 232 ~ 446 417 ~ 632 322 ~ 637 400 ~ 600
[ 摘 要] 陕西省现有 12 对冲击地压矿井主要集中在黄陇侏罗纪煤田深部开采区, 介绍了黄陇 侏罗纪煤田冲击地压矿井地质开采条件与显现特征, 结合黄陇侏罗纪煤田彬长矿区、 永陇矿区各矿井 煤岩层冲击倾向性鉴定、 矿井、 采区、 采掘工作面冲击危险性评价以及防治冲击地压方案研究成果, 总结分析了黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征, 彬长矿区、 永陇矿区冲击地压发生主导因素为褶曲构 造与厚硬顶板岩层。 开展了建设矿井低应力优化布置, 生产矿井及建设矿井的采掘工作面动静载荷源 分源调控技术推广, 并提出了下一步防冲建议, 为黄陇侏罗纪煤田深部开发提供实践指导。
冲击地压是典型煤岩动力灾害之一, 并可能诱 发煤与瓦斯突出、 煤层自然发火、 冒顶等次生灾 害, 严重威胁我国煤矿的安全生产[1-10] 。 我国主要 冲击地压矿区, 在致冲主控因素上表现出显著的共 性特征, 比如河南义马矿区主要受巨厚砾岩和大型 逆冲断层影响; 山东兖州矿区主要受上覆巨厚红层 砂岩影响; 山东巨野矿区主要受厚表土薄基岩影 响; 山东济宁矿区主要受断层构造影响。 上述大型 主控因素往往是形成冲击地压的主导因素。 因此, 横向总结矿区主控因素, 基于主控因素开展矿区冲 击地压灾害分类防治是新时期冲击地压灾害防治的 重点, 也为解决群死群伤的重大冲击地压灾害提供 了新思路。
PAN Jun-feng1 ,JIAN Jun-feng2 ,LIU Shao-hong1 ,ZHAO Wen-ge3 ,YUAN De-sheng3 ,WANG Hong-tao4 ,LIU Hu5
(1． Coal Mining and Designing Department, Tiandi Science & Technology Co． , Ltd． , Beijing 100013, China; 2． Shaanxi Province Coal Production Safety Administration Bureau, Xi’ an 710000, China; 3． Shaanxi Binchang Mining Group Co． , Ltd． , Xianyang 711300, China; 4． Shaanxi Changwu Tingnan Coal Mine Co． , Ltd． , Xianyang 711300, China; 5． Shaanxi Zhengtong Coal Mine Co． , Ltd． , Xianyang 711300, China)
据调 研, 2013 年 1 月, 胡 家 河 煤 矿 在 准 备 402103 工作面时首次发生冲击地压, 现场表现为 煤炮频繁且剧烈, 煤块弹射严重, 顶底板瞬间大变 形, 锚索断裂频繁等。 该矿冲击地压显现主要表现 在构造影响区的采掘扰动。
彬长矿区的孟村煤矿冲击地压发生在一盘区开 拓大巷掘进期间, 主要分在褶曲与断层带。 亭南煤 矿在 2 盘区开采第 3 个工作面时出现了冲击地压显 现, 并且单面可达 42 次冲击, 主要表现为向斜轴 部的临空巷道。 高家堡煤矿在一盘区 3 条开拓大巷 同一区域发生多次冲击地压。
550 600 500 ~ 600 186 ~ 421 171 ~ 611
煤层厚度 / m
22 16． 25 11． 05
9． 2 18 12． 2 2． 63 12． 07 1． 05 ~ 10． 85 11． 57 3． 2 12 16． 89 2． 44 11． 96
煤层倾 角/ (°)
0 ~5 3 ~8 0 ~7 2 ~ 11 4 ~6 3 ~8 0 ~7 0 ~7 2 ~ 11
[ 引用格式] 潘俊锋, 简军峰, 刘少虹, 等 ． 黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征与防治 [ J] . 煤矿开采, 2019, 24 (1) : 110-115．
110
潘俊锋等: 黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征与防治
2019 年第 1 期
(煤层平均埋深 350m) 、 焦平矿区 ( 煤层平均埋深 市麟游县境内。 彬长矿区主采 4 号煤层, 永陇矿区 400m) 和旬耀矿区 ( 煤层埋深 200 ~ 350m) 。 截至 主采 2 号、 3 号煤层, 各煤层普遍较硬, 埋深大, 2018 年 12 月, 陕 西 省 冲 击 地 压 矿 井 共 计 12 座, 厚度变化大, 瓦斯高, 顶部坚硬, 并且富含裂隙 主要分布于煤层埋深较大的黄陇侏罗纪煤田彬长、 水。 各矿井地质、 开采技术条件详细见表 1。 永陇矿区, 行政区划属咸阳市长武县、 彬县和宝鸡 1． 2 冲击地压显现特征
本文利用课题组多年来在陕西省开展研究得来 的数据成果, 以陕西黄陇侏罗纪煤田彬长、 永陇矿 区为研究对象, 对该区域冲击地压发生的自然地质 特征进行系统分析, 总结得出黄陇侏罗纪煤田冲击 地压地质特征, 提出了防治思路与建议, 为黄陇侏 罗纪煤田深部安全开采提供技术指导。
1 黄陇侏罗纪煤田冲击地压矿井条件
Abstract: Most of the twelve rock burst coal mine of Shaanxi province located at Huanglong Jurassic coal mine field in deep, it illustrated its geological mining condition and characteristic, based on coal and rock bursting potential, bursting hazard evaluation of coal mine, mining area and working face and prevention and control method of rock burst of Binchang mining area of Huanglong Jurassic coal mine field and Yonglong mining area, and summarized rock bursting geological characteristic of Huanglong Jurassic coal mine field, the main induced factors of rock burst were fold and thick roof strata． And then low pressure optimal layout of coal mine was proceed, also promoted dynamic and static different stress source of working face, and some suggestions of rock burst control were also proposed, it could reference for mining in deep． Key words: Huanglong Jurassic; rock burst; geological characteristic; fold; low stress lay out
黄陇侏罗纪煤田冲击地压矿井煤层冲击倾向性 鉴定结果如表 2 所示。 由表可知, 彬长矿区 4 煤层 强度 较 高, 大 部 分 区 域 4 煤 单 轴 抗 压 强 度 可 达 20MPa 以 上, 包 括 高 家 堡、 孟 村 和 胡 家 河 煤 矿, 具有强冲击倾向性, 小庄和雅店矿具有弱冲击倾向 性。 此外, 附近矿井开采的 1 煤、 2 煤和 3 煤均具 有弱冲击倾向性。
35
首次动力现象 埋深 / m 650 730 510 830 620
427
580 600
冲击地压在陕西省煤矿出现的时间相对较晚, 直到 2013 年黄陇侏罗纪煤田彬长、 永陇矿区大规 模开发, 冲击地压灾害才开始凸显, 但之后冲击地 压矿井数量、 发生次数井喷式增长, 短短 4a 内即 成为黄陇侏罗纪煤田深部开采区主要灾种之一。