煤礦動壓現(xiàn)象及其控制研究

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及煤礦開采持續(xù)深入，在煤礦平均開采深度不斷增加的情況下，礦山壓力顯現(xiàn)與煤礦動壓現(xiàn)象的發(fā)生頻率隨著提高。本文從煤巖的基本性質(zhì)、開采技術(shù)因素以及組織管理因素三個方面入手，對煤礦動壓現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理展開分析。在此基礎(chǔ)上，針對煤礦動壓現(xiàn)象的控制措施提出具體建議，希望可以為相關(guān)控制工作的開展提供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦動壓現(xiàn)象；發(fā)生機(jī)理；控制措施

前言：

煤礦開采過程中由于煤與巖體兩者在高應(yīng)力狀態(tài)下容易積聚大量的彈性能，如果在特定的外力作用下會進(jìn)一步出現(xiàn)突然破壞等問題，尤其是在冒落或者外拋過程中，煤與巖體兩者之間積聚的能量會在短時間內(nèi)突然釋放，隨著而來可能會產(chǎn)生巨大聲響以及超強(qiáng)的大氣浪波等，煤礦動壓現(xiàn)象便由此產(chǎn)生。由于煤礦動壓現(xiàn)象具有明顯的突發(fā)性、瞬時性、破壞性以及復(fù)雜性特征，加大了控制工作難度。

一、煤礦動壓現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理

煤礦開采過程中，煤礦動壓現(xiàn)象的發(fā)生會隨之釋放出大量的能量，按照釋放能量沖擊波強(qiáng)度的差異，可以將沖擊礦壓細(xì)化為彈射沖擊礦壓，礦震沖擊礦壓，弱沖擊礦壓以及強(qiáng)沖擊礦壓四種類型。如果綜合分析煤礦動壓現(xiàn)象的形成機(jī)理，則可以將其分成沖擊礦壓、頂板大面積來壓以及煤與瓦斯突出三類煤礦動壓現(xiàn)象。對比來看，沖擊礦壓與頂板大面積煤礦動壓現(xiàn)象的產(chǎn)生，被認(rèn)為是礦上壓力這一研究范圍內(nèi)，對于煤與瓦斯突出類型的煤礦動壓現(xiàn)象，除了受到礦山壓力作用之外，同時還在一定程度上受到承壓瓦斯的動力作用影響。為了進(jìn)一步深入探究煤礦動壓現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理，可以從以下幾方面入手：

第一，煤巖的基本性質(zhì)。從煤巖的基本性質(zhì)這一角度出發(fā)來看，原巖應(yīng)力作為沖擊礦壓形成的關(guān)鍵性因素之一，主要是由重力與構(gòu)造應(yīng)力兩個部分共同構(gòu)成。其中重力主要與巖體的埋深密切相關(guān)，而構(gòu)造應(yīng)力的數(shù)值一般與斷層構(gòu)造以及孔隙水有著直接的聯(lián)系[1]。

第二，開采技術(shù)因素層面。煤礦開采過程中，受到開采時局部應(yīng)力過度集中在某個部位或者出現(xiàn)大面積懸頂問題時，會在很大程度上導(dǎo)致應(yīng)力集中冒頂，隨之誘發(fā)煤礦動壓現(xiàn)象。與此同時，煤礦開采過程中邊界線與停采線是局部應(yīng)力集中的關(guān)鍵地帶，是現(xiàn)階段沖擊礦壓問題出現(xiàn)的主要誘因，因為生產(chǎn)越集中，則隨之產(chǎn)生的沖擊傾向性也會進(jìn)一步增加[2]。

第三，組織管理因素。在科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的背景下，煤礦生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用越發(fā)成熟，其行業(yè)逐漸向著集中化、連續(xù)化以及系統(tǒng)化的方向發(fā)生轉(zhuǎn)變，在很大程度上為沖擊礦壓問題提供了新的解決思路。但是從實(shí)際情況入手分析，受到?jīng)_擊礦壓的分析及治理方法研究不夠深入、技術(shù)管理措施難以落實(shí)、投資管理不到位以及基層生產(chǎn)工人專業(yè)能力和綜合素質(zhì)有待提升等因素的影響，也在一定程度上加大了煤礦動壓現(xiàn)象的發(fā)生幾率。在具體的煤礦開采過程中，為了從根本上保證煤礦生產(chǎn)工作的安全性，加深對煤礦動壓現(xiàn)象控制工作的認(rèn)識，提高安全管理意識，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、煤礦動壓現(xiàn)象的控制措施

（一）強(qiáng)化對煤礦動壓現(xiàn)象判斷

針對煤礦動壓現(xiàn)象的控制，應(yīng)該在充分掌握煤礦動壓現(xiàn)象發(fā)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化對煤礦動壓現(xiàn)象的判斷，從而在煤礦動壓現(xiàn)象發(fā)生之前作出反應(yīng)。綜合上文分析，煤礦動壓現(xiàn)象具有突發(fā)性、瞬時性等特征，即煤礦動壓現(xiàn)象發(fā)生之前往往并沒有相對顯著的征兆預(yù)警，加上煤礦動壓現(xiàn)象一般在幾秒到幾十秒內(nèi)結(jié)束，所以對于煤礦動壓現(xiàn)象發(fā)生地點(diǎn)以及發(fā)生情況的預(yù)測難度非常。這種情況下，為了進(jìn)一步強(qiáng)化對煤礦動壓現(xiàn)象的認(rèn)知，可以從煤礦動壓現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理這一角度入手。以沖擊礦壓為例，其發(fā)生機(jī)理可以總結(jié)為強(qiáng)度理論、沖擊傾向性理論和能力理論三個部分。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理中的強(qiáng)度理論，主要是指材料受載之后，如果實(shí)際的承載量超過了系統(tǒng)的強(qiáng)度極限，則會隨之出現(xiàn)破壞問題。沖擊傾向性理論則主要是指特定介質(zhì)本身的沖擊傾向度超出規(guī)定范圍，進(jìn)而誘發(fā)的煤礦動壓現(xiàn)象。而能量理論主要是指系統(tǒng)內(nèi)所存儲的能量超出了系統(tǒng)破壞消耗的能量，由此導(dǎo)致系統(tǒng)被破壞。

通過情況下，對于煤礦動壓現(xiàn)象的控制，結(jié)合煤礦動壓現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理可以從以下兩個方面來實(shí)現(xiàn)：第一，結(jié)合煤礦開采現(xiàn)場的實(shí)際情況，合理改變巖體圍巖本身的性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對煤礦動壓現(xiàn)象的控制。這時過程中，常用的控制技術(shù)包括高壓注水以及注漿硬化等方式。第二，綜合考慮煤礦動壓現(xiàn)象的形成機(jī)制，通過改變巖體圍巖中的應(yīng)力這一方式，實(shí)現(xiàn)對煤礦動壓現(xiàn)象的有效控制。在具體的煤礦開采工作中，對于改變巖體圍巖中應(yīng)用的方式一般以開采解放層、鉆孔卸壓、松動爆破卸壓以及開掘卸壓巷道卸壓等方法為主。

（二）針對煤與瓦斯突出發(fā)生的控制

結(jié)合煤礦開采實(shí)際情況，對于煤與瓦斯突出發(fā)生的控制，需要綜合考慮圍巖煤體中充滿高濃度瓦斯這一關(guān)鍵性因素。通常情況下，煤與瓦斯突出的發(fā)生與圍巖煤體中充滿高濃度瓦斯有著直接的關(guān)系，同時在特定的上覆巖層重力作用下，煤巖體會隨之逐步集聚相應(yīng)的彈性能。在沒有外力作用時，煤巖體內(nèi)積聚的大量彈性能會使得煤巖與瓦斯共同形成一個相對穩(wěn)定的系統(tǒng)。但是一經(jīng)外力作用，則會在破壞系統(tǒng)平衡的基礎(chǔ)上，誘發(fā)煤巖內(nèi)積聚的彈性能瞬時釋放，與煤巖中承壓的瓦斯一起沖出煤巖，由此導(dǎo)致煤與瓦斯突出現(xiàn)象的形成。由上分析可知，煤與瓦斯突出現(xiàn)象的形成具有顯著的快速性、復(fù)雜性以及沖擊性等一系列特征，因此對于煤與瓦斯突出現(xiàn)象的控制難度相對較大。但是從實(shí)際情況來看，一般會借助鉆孔卸壓、推行煤與瓦斯共采等方式進(jìn)行控制。與傳統(tǒng)的開采方式相比，煤與瓦斯共采的方式具有高產(chǎn)、高效性，并且其安全性優(yōu)勢相對突出。

（三）針對頂板大面積來壓發(fā)生的控制

在煤礦開采過程中，針對頂板大面積來壓發(fā)生的控制，需要充分掌握頂板大面積來壓的發(fā)生機(jī)制，即煤礦開采過程中出現(xiàn)大面積的懸頂情況，并且由于支護(hù)不及時等因素的影響，進(jìn)而在大面積來壓作用下導(dǎo)致頂板發(fā)生垮落。對于開采過程中形成的頂板大面積來壓問題，如果沒有采取針對性的應(yīng)對措施，則會加大“暴風(fēng)”的出現(xiàn)幾率，不僅會損害性格設(shè)備，嚴(yán)重時甚至?xí)苯油{到工作人員的人身安全。綜合分析來看，頂板大面積來壓的出現(xiàn)一般具有顯著的復(fù)雜性和瞬時性特征，由于頂板大面積來壓與煤礦開采過程中特厚煤層頂板懸露面積過大有著直接的關(guān)系，因此可以通過高壓注水軟化頂板煤層等方式進(jìn)行應(yīng)對。此外，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，也可以選擇通過強(qiáng)制放頂相關(guān)措施來進(jìn)行應(yīng)對。

總結(jié)：

綜上所述，煤礦動壓現(xiàn)象一般是多種因素相互作用之下產(chǎn)生，由于本身具有較強(qiáng)的危害性，所以強(qiáng)化對煤礦動壓現(xiàn)象的控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在具體的工作中，可以從強(qiáng)化對煤礦動壓現(xiàn)象判斷、針對煤與瓦斯突出發(fā)生的控制以及針對頂板大面積來壓發(fā)生的控制等方面入手，保證煤礦動壓現(xiàn)象控制措施的落實(shí)。只有這樣，才能在保證煤礦安全開采的同時，推動煤礦產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]趙善坤.煤礦動壓災(zāi)害多級分源時空監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用[J].河南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，36（01）：24-31.

[2]趙建峰. 建新煤礦高應(yīng)力動壓巷道圍巖控制技術(shù)研究[D].湖南科技大學(xué)，2016.

作者簡介：楊剛（1990-1-5）；男，山西身朔州市懷仁市，本科，畢業(yè)東北大學(xué)，助理工程師；研究方向：礦山壓力。

（作者單位：山西中煤平朔北嶺煤業(yè)有限公司）