淺談平衡與沖擊地壓

鄭書賢

【摘要】地震、沖擊地壓是一對孿生兄弟；地震可以誘發(fā)沖擊地壓；沖擊地壓也可誘發(fā)地震，沖擊地壓也就是地震；只不過是在特殊條件下的稱謂（在井下巷道內(nèi)發(fā)生的地震叫沖擊地壓）。沖擊地壓的發(fā)生就是開采過程中巖石原始平衡被打破的原因所致。

【關(guān)鍵詞】地震；沖擊地壓；平衡；礦壓；放頂煤

所謂沖擊地壓即礦山井巷或采掘工作面周圍礦體和圍巖由于變形能的釋放而產(chǎn)生的以急劇、猛烈破壞為特征的動力現(xiàn)象。發(fā)生沖擊地壓時，常伴有很大的聲響、巖體震動和沖擊波，在一定范圍內(nèi)可以感到地震；有時向采空區(qū)空間拋出大量碎煤或巖塊；有時還會排出大量瓦斯。

義馬礦工報在《危機(jī)公關(guān)的實踐探索》中有這樣的報道：2011年11月3日19時18分44秒，地震臺網(wǎng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)義馬市發(fā)生2.9級地震，19時45分左右，千秋礦調(diào)度室接到井下報告，12221掘進(jìn)工作面下巷發(fā)生沖擊地壓，在此工作面作業(yè)的有75名礦工。沖擊地壓發(fā)生后不到40小時，成功救出67名礦工，創(chuàng)造了礦井救援的奇跡。

由此我們可以看出地震、沖擊地壓是一對孿生兄弟；地震可以誘發(fā)沖擊地壓；沖擊地壓也可誘發(fā)地震，沖擊地壓也就是地震；只不過是在特殊條件下的稱謂（在井下巷道內(nèi)發(fā)生的地震叫沖擊地壓）。

了解了沖擊地壓和地震的關(guān)系；哪為什么會發(fā)生地震哪？這個問題是個非常復(fù)雜的問題；在此不但我不能完全講清楚；就是研究地震的專家也只能仁者見仁智者見智，但如果要談及沖擊地壓的產(chǎn)生、防治還是非常有必要研究一下的，所以在此我簡單的談一下我的認(rèn)識。

地球是漂浮在宇宙中的一個天體，學(xué)過地理的都知道：地球大月亮??；月亮繞著地球跑；太陽大地球??；地球繞著太陽跑。地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周是一年；自轉(zhuǎn)一周是24個小時?？芍厍蛟谵D(zhuǎn)動時對著太陽的一面是上面而另一面是下面即：晝?yōu)樯弦篂橄拢话滋炀碌捻敯逡簿褪且雇淼牡牡装暹@是其一。

其二、地球內(nèi)部的溫度高達(dá)1000°-2000°C。

地核又分為內(nèi)地核與外地核兩部份。地球內(nèi)部越接近地心，溫度越高，地心點地面附近的溫度梯度不能外推到幾十千米深度以下。地下深處的傳熱機(jī)制是極其復(fù)雜的，由熱傳導(dǎo)的理論去估計地球內(nèi)部的溫度分布，常得不到可信的結(jié)果。但根據(jù)其他地球物理現(xiàn)象的考慮，地球內(nèi)部某些特定深度的溫度是可以估計的。結(jié)果如下：①在100千米的深度，溫度接近該處巖石的熔點，約為1100～1200℃；②在400千米和650千米的深度，巖石發(fā)生相變，溫度各約在1500℃和1900℃；③ 在核幔邊界，溫度在鐵的熔點之上，但在地幔物質(zhì)的熔點之下，約為3700℃；④在外核與內(nèi)核邊界，深度為5100千米，溫度約為4300℃，地球中心的溫度，估計與此相差不多。內(nèi)部結(jié)構(gòu) 地球的分層結(jié)構(gòu)基本上是按地震波（P和S）的傳播速度劃分的。地球上層有顯著的橫向不均勻性：大陸地殼和海洋地殼的厚度大不相同，海水只覆蓋著2／3的地面。

換句話說我們眼睛所看到的地球外面是固體（當(dāng)然河流例外），然而在地球地殼的下面的地幔、地核內(nèi)部的溫度極高、能量極大。面對地球內(nèi)、外部的了解；面對漂浮在宇宙當(dāng)中這樣的一個變化的球體；不確定性隨時存在（其他星球的吸引、隕石、太空垃圾的碰撞都是變量）。

其三、地球受人類的影響 如：戰(zhàn)爭、礦產(chǎn)開采、建筑、水庫等。

（1）每年各國的核試驗的狂轟亂炸；地球內(nèi)部、外部都造成極大的破壞。就去年日本地震來說，是天災(zāi)還是人禍哪？網(wǎng)上有消息說是日本核試驗誘發(fā)的地震、海嘯。因為在日本地震前其外相有核威脅別國的言論；當(dāng)然這只是一說；公開的消息是亞洲板塊、歐洲版塊的碰撞，那為什么會碰觸哪？一定有外力的作用，沒有外力的作用能動嗎？牛頓第三定律已經(jīng)講道很清楚了在此不在重復(fù)，什么影響戰(zhàn)爭、核試驗等……

（2）礦山開采：

各種礦山的開采都是人為的將地球局部挖出很多的巷道（或露天開采搬去山丘等）。這些礦石被挖出后他們周圍的原始應(yīng)力將被破壞，但不會消失而是轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換為地震、沖擊地壓、山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害）；這種能量轉(zhuǎn)換時，如果被破壞地段能承受應(yīng)力的變化處于平衡狀態(tài)地球和大家和睦相處；如果這種能量再轉(zhuǎn)化過程中，被破壞地段不能承受應(yīng)力的變化平衡被打破，便轉(zhuǎn)化為自然災(zāi)害如地震、塌陷、沖擊地壓等……

（3）人工建筑、水利工程設(shè)施：

①建筑物如摩天大樓等。

②水利工程如三峽水庫、小浪底水庫。

③挖山填海、天溝工程。

三峽水庫蓄水之后，三峽地區(qū)儀器可測到的地震次數(shù)明顯增加。雖然到現(xiàn)在為止還沒有發(fā)生破壞性的地震，但是地震專家認(rèn)為有可能發(fā)生六級或六點五級地震。但是三峽庫區(qū)的建筑，特別是三峽工程開工之后的新建的民居建筑物都沒有抗震設(shè)計，一旦發(fā)生六級或六點五級地震，一場地質(zhì)大災(zāi)難不可避免。三峽工程可行性論證報告說，三峽庫區(qū)的滑坡地帶一共一百五十余處，三峽水庫蓄水至海拔135米后，三峽庫區(qū)的滑坡地帶上升到一千五百余處，是論證報告的十倍。

其次：我結(jié)合我們集團(tuán)公司中部煤礦的情況談?wù)勎覍Πl(fā)生沖擊地壓的看法：

在落實防治措施方面，有沖擊地壓發(fā)生的礦井優(yōu)化生產(chǎn)布局，調(diào)整開采順序，減少沖擊地壓危險區(qū)域的工程量；加強(qiáng)巷道卸壓，采取超前卸壓、爆破預(yù)卸壓、疏壓硐室疏壓、深孔高壓卸壓、本煤層瓦斯抽放、淺孔注水卸壓降塵、水壓裂卸壓等措施，起到了良好的卸壓解危作用；確立“大斷面、強(qiáng)支護(hù)，以支為主”的防沖理念，掘進(jìn)中釋放壓力，支護(hù)中穩(wěn)定壓力，防、治結(jié)合，發(fā)揮支護(hù)優(yōu)勢。

躍進(jìn)礦采取了36u“o”型棚加錨網(wǎng)索的復(fù)合型支護(hù)，扭轉(zhuǎn)了防沖的被動局面；千秋礦結(jié)合實際制定了“主動預(yù)防、培訓(xùn)教育、預(yù)測預(yù)報、防治措施、效果檢驗、安全防護(hù)”的防沖方案，在工作面采取了“強(qiáng)-弱-弱-強(qiáng)”支護(hù)模式，將卸壓解危與新型支護(hù)有機(jī)統(tǒng)一，完善了沖擊地壓的防治措施，這一科研項目也通過了有關(guān)專家的論證。

（1）地質(zhì)狀況：

單斜構(gòu)造往往是褶曲的一翼。

褶皺構(gòu)造對煤礦生產(chǎn)的影響：

A、褶曲對井筒位置的選擇影響很大。

B、由于褶皺使煤層起伏不平,使主要大巷的位置和部署發(fā)生困難,而且對采區(qū)的布置和采煤方法的選擇也有很大影響。

C、受強(qiáng)烈側(cè)壓力作用的褶曲，軸部和槽部煤層變厚,增加采掘困難;兩翼變薄,甚至失去開采價值。

D、背斜軸部往往是瓦斯突出危險區(qū)。

義馬中部現(xiàn)在就是處在褶皺中的向斜地段，開采深度大壓力大除礦井優(yōu)化生產(chǎn)布局，調(diào)整開采順序，減少沖擊地壓危險區(qū)域的工程量；加強(qiáng)巷道卸壓，采取超前卸壓、爆破預(yù)卸壓、疏壓硐室疏壓、深孔高壓卸壓、本煤層瓦斯抽放、淺孔注水卸壓降塵、水壓裂卸壓等措施外；我認(rèn)為給我們的采煤方法有關(guān)為什么哪？我們知道影響礦山壓力的因素：采高、推進(jìn)速度。

（2）對千秋2008年“8.21”21141下巷沖擊地壓事故認(rèn)識：

A、是礦上對防治沖擊地壓認(rèn)識不到位，21141下巷與正在回采的21201綜放工作面對頭推進(jìn)，造成應(yīng)力集中，沒有引起高度的重視；發(fā)生沖擊時走向上相距只有150m間距，基本位于超前支撐壓力范圍內(nèi)，進(jìn)一步加深了應(yīng)力集中。

B、是同期單翼采掘同時進(jìn)行，生產(chǎn)集中，工程擾動大；在孤島煤柱中掘進(jìn)，巷道整體受雙向應(yīng)力影響。

C、是下巷680m的采深已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過中部礦井沖擊地壓發(fā)生臨界深度（根據(jù)集團(tuán)公司首次沖擊深度480m確定）；雖采取了放炮卸壓等解危措施，但沒有從根本上消除沖擊威脅。由于該工作面斷面大，沒有造成人員傷亡。

（3）國家安全監(jiān)管總局國家煤礦安監(jiān)局關(guān)于加強(qiáng)煤礦放頂煤開采安全管理工作的通知采用放頂煤開采必須符合有關(guān)規(guī)定 ：1.必須符合《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定。煤礦采用放頂煤開采必須符合《煤礦安全規(guī)程》第68條的規(guī)定，有以下情形之一的，嚴(yán)禁采用放頂煤開采：煤層平均厚度小于4米的；采放比大于13的；采區(qū)或工作面回采率達(dá)不到礦井設(shè)計規(guī)范規(guī)定的；煤層有煤（巖）和瓦斯（二氧化碳）突出危險的；堅硬頂板、堅硬頂煤不易冒落，且采取措施后冒放性仍然較差，頂板垮落充填采空區(qū)的高度不大于采放煤高度的；礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，采放后有可能與地表水、老窯積水和強(qiáng)含水層導(dǎo)通的。2.放頂煤開采工作面瓦斯抽采要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)抽采瓦斯的礦井采用放頂煤開采的工作面，經(jīng)瓦斯預(yù)抽后，煤層的瓦斯含量、瓦斯壓力和采煤工作面的瓦斯抽采率、煤的可解吸瓦斯量、工作面通風(fēng)達(dá)到規(guī)定的最大風(fēng)速時回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛鹊戎笜?biāo)必須達(dá)到《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》的要求，否則不得采用放頂煤開采。

最后：存在問題及建議：

（1）煤層有煤（巖）和瓦斯（二氧化碳）突出危險的；頂板垮落充填采空區(qū)的高度不大于采放煤高度的；礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，采放后有可能與地表水、老窯積水和強(qiáng)含水層導(dǎo)通的。大家知道：在沒有使用放頂煤開采前；我們是分層開采采高在2.5-3米之間；頂板的垮落小容易沖填礦山壓力也小，在這個過程中原始應(yīng)力變化也小（以前不發(fā)生沖沖擊地壓和次采高有很大的關(guān)系）。且在下層煤開采時要等6個月左右；在下階段開采時壓力早已釋放形成了新的平衡。沖擊地壓怎能發(fā)生哪？而現(xiàn)在我們綜采放頂煤的采高3米、放頂煤在6米左右；這個高度高達(dá)9米左右，這個過程中礦山壓力大、原始應(yīng)力破壞嚴(yán)重，加上煤層有煤（巖）和瓦斯（二氧化碳）突出危險的怎能不發(fā)生沖擊地壓哪。因此我認(rèn)為沖擊地壓的發(fā)生和綜采放頂煤的采煤方法有很大的關(guān)系。即在開拓、掘進(jìn)、采礦過程中原始應(yīng)力被打破所致。

為此我建議在現(xiàn)階段煤層有煤（巖）和瓦斯（二氧化碳）突出危險的；頂板垮落充填采空區(qū)的高度不大于采放煤高度的；礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，采放后有可能與地表水、老窯積水和強(qiáng)含水層導(dǎo)通的和當(dāng)前煤炭市場疲軟的情況下不用或少用放頂煤開采；也不能說不是防治沖擊地壓的有效措施。

（2）生物預(yù)警發(fā)：

我是看看著觀音堂礦的炮樓在煤礦長大的；在我5-6歲的時候聽到一個礦上的老者講他們那代人下井的故事；他們每天下井時會見到老鼠在吃遺留在井下的干糧；時候常啦就發(fā)現(xiàn)一個情況；如有一天不見老鼠就不安，礦上就可能會出事故；所以老鼠成了礦工的朋友；現(xiàn)在想起來這就是生物的特異功能；我們現(xiàn)在井下養(yǎng)一些小動物；如發(fā)現(xiàn)動物不安或異常來提醒我們來預(yù)防適度的發(fā)生。[科]