煤礦沖擊地壓發(fā)生機理與防治技術(shù)的研究

劉慶來　滿操

摘 要：沖擊地壓是當(dāng)前煤礦開采中主要的災(zāi)害因素之一，對于其形成機理及防治措施的掌握，將有效的保證煤礦開采中的施工及人員安全，提升煤礦產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率。同時，隨著煤礦開采行業(yè)的不斷發(fā)展，其開采所需的技術(shù)要求也逐步提高，沖擊地壓作為煤礦領(lǐng)域的難題，必須予以有效的解決，并在煤礦開采的過程中不斷進行技術(shù)應(yīng)用，隨時掌握礦井煤層的變化，加強對安全風(fēng)險的防控能力，以保證煤礦開采企業(yè)免受沖擊地壓災(zāi)害的影響，提升我國煤礦開采的技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：煤礦沖擊地壓;發(fā)生機理;防治技術(shù)

1 國內(nèi)煤礦沖擊地壓基本特點

在我國，煤礦沖擊地壓出現(xiàn)于回采工作面的情況較少，出現(xiàn)于回采巷道、掘進巷道的情況較多，其原因是綜放開采法推廣和應(yīng)用以后，綜采的支架可以對沖擊低壓產(chǎn)生的動載進行抵抗，巖巷的煤礦沖擊地壓一般表現(xiàn)出巖爆的形式，比如徐州龐莊煤礦。近些年，含瓦斯煤層也頻繁出現(xiàn)煤礦沖擊地壓，例如，我國有多個礦井由于異常的瓦斯涌出而產(chǎn)生煤礦沖擊地壓，這些礦井包括阜新孫家灣、兗州北宿等，同時，我國鶴崗南山、平頂山十礦等礦井出現(xiàn)煤礦沖擊地壓后誘發(fā)出大量的瓦斯和煤，這些都是我國沖擊地壓的特征。

2 煤礦沖擊地壓的發(fā)生機理

通常，煤礦沖擊地壓的發(fā)生都是有一些條件的，是煤層以及應(yīng)力等共同影響的結(jié)果。沖擊地壓出現(xiàn)的主要條件是煤巖體，具備較強的沖擊傾向性。煤巖體積累的彈性應(yīng)變能可以釋放的足夠空間是發(fā)生沖擊地壓的前提條件，而出現(xiàn)沖擊地壓的誘發(fā)條件是煤巖體積累能量的應(yīng)力加載。必須要兼具以上這些條件，才有可能出現(xiàn)沖擊地壓。結(jié)合煤巖沖擊失去穩(wěn)定性的物理特點，可以將沖擊地壓劃分為三大類，一是巖爆型沖擊地壓，二是頂板垮落型沖擊地壓，三是構(gòu)造型沖擊地壓。首先，巖爆型沖擊地壓主要是指煤巖體一直積累彈性應(yīng)變能，在能量上升到煤巖的最大承載力時，煤巖就會出現(xiàn)瞬間爆炸的情況，其具體表現(xiàn)是彈射以及拋出媒體。然后，頂板垮落性沖擊地壓，主要是指推過回采工作面后，上部較厚而硬度較高的頂板始終沒有垮落，在懸頂面積達到規(guī)定的數(shù)值時，頂板瞬間出現(xiàn)折斷而造成的沖擊波強烈性損壞。最后，構(gòu)造型沖擊地壓通常出現(xiàn)在構(gòu)造條件相當(dāng)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中，因為構(gòu)造應(yīng)力過于集中導(dǎo)致的煤巖失去穩(wěn)定性沖擊損壞。從外，結(jié)合不同的出現(xiàn)位置，能夠?qū)_擊地壓劃分為兩大類，一是掘進沖擊地壓，二是回采沖擊地壓。首先，掘進沖進地壓通常出現(xiàn)在巷道掘進中，與巷道的布局位置以及布局方法存在聯(lián)系。其次，回采沖擊地壓出現(xiàn)在回采工作面的推進中，一般和回采工作面的回采時間以及長度存在聯(lián)系。

3 煤礦沖擊地壓的監(jiān)測技術(shù)

3.1 圍巖變形監(jiān)測技術(shù)

由于煤礦開采的縱深推進，會逐步導(dǎo)致其巷道產(chǎn)生大量移動和變形，最突出的表現(xiàn)是煤層頂板出現(xiàn)下移，致使礦井內(nèi)通風(fēng)、運輸及行人造成顯著的影響。通過實踐表明，當(dāng)?shù)V井巷道形變增加大，說明煤層巖質(zhì)較為松軟，煤體的剛度也相對較小，此情況下不易發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害。而當(dāng)巷道形變量變小時，則表明煤體剛性強，發(fā)生脆性破壞的概率也隨之增加。此時的煤層內(nèi)部所蘊含的能量相對比前者更為巨大，由此可判斷其發(fā)生巖爆的可能性大大增加，因此礦井巷道形變量是有效預(yù)測沖擊地壓的重要方法。

3.2 鉆屑技術(shù)

鉆屑技術(shù)是在預(yù)測煤礦沖擊地壓形成的有效方法，它主要是通過在煤體中進行鉆孔，在不同的位置提取煤粉量，以掌握煤體的變化規(guī)律并進行監(jiān)測。一般情況下，當(dāng)不同深度的煤粉量超過其極限值時，將極可以發(fā)生沖擊地壓，而如果鉆孔深度是煤層開采深度的倍時，則發(fā)生沖擊地壓的可以性大大減小。鉆屑法由于受到很多限制，且對于操作技術(shù)要求較高，其實施相對困難，但不失為一種有效的沖壓地壓監(jiān)測方式。

3.3 電磁輻射探測技術(shù)

電磁輻射探測是基于現(xiàn)代科技的一種監(jiān)測方法，它依賴于對煤巖體特變化所產(chǎn)生的輻射特征進行判斷，進而對瓦斯風(fēng)險、沖擊地壓等礦井災(zāi)害進行監(jiān)測[2]。電磁輻射探測技術(shù)會在煤礦的開采中對煤體的變化進行密切的監(jiān)視，對煤體及瓦斯的電磁信號進行充分的分析，當(dāng)電磁信號變強時，將增加發(fā)生巖爆及沖擊地壓的可能性。

4 煤礦沖擊地壓防治技術(shù)措施探索

4.1 開采解放層

依據(jù)煤層的分析及貯存特點，煤群之間會存在相對聯(lián)系性，當(dāng)一個煤層開采完畢后，能夠使相鄰煤層獲得一定時間段的卸載，也就是彈性能量的釋放，也被煤礦開采行業(yè)稱為開采解放層。對于解放層的開采應(yīng)當(dāng)選擇無沖擊傾向，或者沖擊地壓傾向較弱的煤層進行，并在開采的過程中加強對開采時間及空間的把握，避免在開采的過程中留設(shè)煤柱，在開采解放層的過程中既可上行開采也可以下行開采。實施開采解放層后，被解放煤層的開采時間一般為2年。同時，對解放層的開采需要進行大量的驗證，在條件允許和必要時進行三維模擬，以確保開采的可靠性。

4.2 卸壓爆破

卸壓爆破針對的主要對象是已經(jīng)形成沖擊危險的煤體，以通過爆破的方法使應(yīng)力集中的效應(yīng)減緩。在廣泛的實踐中表明，卸壓爆破被普遍的應(yīng)用于煤礦沖擊地壓的治理中，其有效性也得到了廣泛認(rèn)可，它具有快速反應(yīng)的特點，是現(xiàn)場解除危機的有效手段。

4.3 煤層注水

煤層注水是一種超前的煤礦沖擊地壓防治方法，通過對煤體進行預(yù)注水以改變煤體的物理力學(xué)性質(zhì)，以有效的降低發(fā)生沖擊地壓的風(fēng)險，也是一種較為有效的防治措施。對煤層的注水可以利用液壓鉆機施工法進行，孔徑為75-80mm，并依照不同煤層的特點及條件選擇15m的濕潤半徑，孔間距13m為宜，孔深25-40m，封孔長度一般為10-12m，注水壓力值6-12mpa。對于超前注水防治措施的應(yīng)用，必須要掌握煤層工作面開采的特點，對吸水性好的煤層要提前1個月，對吸水性差的煤層要提前2-3個月，并且在注水的過程中要不斷提高水壓，進行中、高壓注水，以保證對煤層起到軟化效果。其標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)煤層的含水量達到3%時，則煤層的沖擊傾向基本得到消除。

4.4 鉆孔卸壓技術(shù)

鉆孔卸壓技術(shù)主要適用于高地應(yīng)力的賦存環(huán)境條件下。通過對煤層進行鉆孔，來起到對鉆孔周圍煤層儲存的彈性勢能進行釋放，達到消除沖擊危險目的。通過這樣的鉆孔技術(shù)，可以有效地避免應(yīng)力集中的現(xiàn)象發(fā)生，起到地應(yīng)力的重新分布，同時也可以使得高地應(yīng)力向其他區(qū)域轉(zhuǎn)移和釋放。

4.5? 增強巷道的支護

巷道在采煤過程中起到至關(guān)重要的作用，增強頂?shù)装宓募庸谭绞绞嵌嘣?，主要有拱形支架支護以及頂幫網(wǎng)索支護等等，這樣除了可以確保支護強度達標(biāo)，還可以方便采煤工作的正常進行。在巷道加固工作開展前，必須要了解煤礦地質(zhì)條件，重視預(yù)測以及監(jiān)測，尤其是受到?jīng)_擊地壓干擾的地區(qū)，對各種巷道或者巷道的每個時間段，都必須要采取有效的強支護方法，這樣在很大程度上能夠降低沖擊地壓的出現(xiàn)次數(shù)以及強度。

結(jié)束語

近年來，隨著我國煤炭資源逐漸向更深的地下開采，造成我國的煤礦沖擊地壓的事故暢游發(fā)生。根據(jù)相關(guān)部門的統(tǒng)計表明，目前我國的煤礦沖擊地壓事件正在逐漸的表現(xiàn)出了突發(fā)性、多樣性、破壞性、廣泛性、嚴(yán)重性等新的特點，并且發(fā)生概率也在呈現(xiàn)一個明顯的上升趨勢。在這一背景下，針對煤礦沖擊地壓的防治技術(shù)進行研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1]楊光宇，姜福興，李琳，李乃錄，劉朋.煤礦沖擊地壓危險性的工程判據(jù)研究[J].采礦與安全工程學(xué)報，2018，35（06）：1200-1207+1216.

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[4]謝濤.煤礦沖擊地壓的特點與防治策略[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2018（16）：103-104.