煤礦沖擊地壓防治技術研究與應用

陳西東 孫偉 井慶輝

摘要：煤礦開采環(huán)境惡劣，存在一定危險，而深井開采中沖擊地壓帶來的災害往往是最嚴重的。沖擊地壓礦井開采如何保障作業(yè)人員安全，確保開采順利進行，是一個不可避免的課題。本文主要分析產(chǎn)生沖擊地壓的因素，研討防治沖擊地壓的辦法。

關鍵詞：產(chǎn)生因素；沖擊地壓；有效防治

煤礦沖擊地壓是指煤礦井巷或工作面周圍煤（巖）體由于彈性變形能的瞬間釋放而產(chǎn)生的突然、劇烈破壞的動力現(xiàn)象，常伴有煤（巖）體瞬間位移、拋出、巨響及氣浪等。與其他開采過程中出現(xiàn)的災害相比，沖擊地壓具有更大的破壞性和危險性，并且為沒有明顯的災害預兆，具有突發(fā)性和偶然性。對沖擊地壓產(chǎn)生的原因分析就顯得尤為重要，提出有效的預防措施也同樣變得極具現(xiàn)實意義。

1煤礦沖擊地壓產(chǎn)生的因素分析

1.1地質因素

發(fā)生過沖擊地壓的煤巖層，結構主要存在硬頂-硬煤-硬頂和硬頂-薄軟層-煤層這兩種結構，這兩種結構的構造為潛在條件，斷層、褶曲、煤層傾角的變化都存在開采后的沖擊危險性。地質構造復雜的區(qū)域一般都是由于周圍存在強大的應力場，在應力場的作用下造成沖擊地壓事故。產(chǎn)生沖擊地壓的地質因素有三個方面，煤層或者圍巖存在沖擊傾向性、大量的能量積聚和存在一定的能量釋放空間。

1.2技術因素

開采技術對沖擊地壓的影響至關重要。開采導致煤巖體應力的迅速增加，在某個范圍內(nèi)集中，容易引發(fā)事故。綜合式開采技術的使用，對開采時應力的影響是最大的，其危險性也比單一煤層開采和分層煤炭開采的方式大得多。開采方向與最大地應力方向沒有平行，使二者垂直或者產(chǎn)生了較大的傾角。對于不同的地質條件選用不同的開采方式是必然的選擇，方法使用不當同樣是誘發(fā)沖擊地壓的原因。對于開采順序而言，不同方式的開采順序也是不一樣的，如果開采順序不合理，也會誘發(fā)沖擊地壓事故。

1.3管理因素

沖擊地壓事故發(fā)生的很大的原因在于不合理的開采，而不合理的開采往往就是技術管理和組織管理上出現(xiàn)的問題。技術方面包含采區(qū)布局和采掘接續(xù)不合理人為造成應力集中區(qū)域；管理方面不顧生產(chǎn)安全、盲目追求效益，提高推進度，造成動壓顯現(xiàn)增強。不論技術管理還是組織管理的不科學、不合理均會造成沖擊地壓事故的發(fā)生。

2煤礦沖擊地壓的防治技術分析

針對以上原因，應當加深對相關防治技術的研究，從而有效地防止沖擊地壓事故的發(fā)生。這種防治對象主要有2種，一種是已經(jīng)具有沖擊危險的煤巖層，另一種是開采過程中可能產(chǎn)生的沖擊危險。通過這2種防治，要達到保持應力狀態(tài)穩(wěn)定和煤巖層穩(wěn)定的目的。

2.1防治沖擊地壓的原則

（1）避免高應力的形成。在開采過程中，應當合理地調整開采順序和工作面的布置，實現(xiàn)無煤柱開采，從而避免應力的高度集中。（2）保持開采方向與最大地應力方向平行。在開采過程中，切忌不能使兩者形成垂直方向或產(chǎn)生較大傾角，否則就有產(chǎn)生沖擊地壓的危險。（3）擴大應力釋放范圍。在開采過程中，既要盡可能地避免應力形成集中，又要盡可能地釋放已經(jīng)形成的應力，通過降低應力集中程度與應力釋放速度，從而避免沖擊危險的發(fā)生。

2.2沖擊地壓解危技術

（1）煤層注水技術。煤層注水既可以最大限度地使用機械，又可以在危險區(qū)域外作業(yè)，因此是一項非常有效的解危技術。煤層本身具有一定的孔隙率和親水性，通過對其注水，可以達到改變煤層結構、降低煤體強度、降低煤體積蓄彈性能力的目的，進而解決沖擊地壓的危險。頂板注水和壓注化學溶液是在實踐中比較常用的兩種注水方式，通過這兩種方式，可有效防治和減弱沖擊地壓的危險性。在注水時，應科學地安排注水時間，這個時間應低于3M，因為隨著時間的推移，注水效果會降低。（2）卸壓爆破技術。卸壓爆破是指煤層中實施鉆孔爆破，以消除或減緩沖擊危險。卸壓爆破作用主要體現(xiàn)在：使煤層產(chǎn)生大量裂隙，使煤體的力學性質發(fā)生變化，使彈性強度和彈性能量降低，使沖擊地壓發(fā)生的強度條件和能量條件得以局部解除。在實行卸壓爆破時，應當做好事前準備和事后反饋工作，事前進行鉆屑法檢測，以確認是否有沖擊地壓的危險，事后用鉆屑法檢查泄壓效果，以保證真正實現(xiàn)爆破目的。（3）鉆孔卸壓技術。鉆孔卸壓是指在高應力條件下，利用煤層中積聚的彈性能來破壞鉆孔周圍的煤體，從而使煤層泄壓、釋放能量，達到消除沖擊危險目的的一種解危技術。鉆孔卸壓技術可以釋放煤體中積聚的彈性能，消除應力的集中和升高。同時，鉆孔卸壓技術還可以通過鉆孔使原來作用于周邊圍巖的高應力向卸壓區(qū)以外的巖體深部轉移。

3沖擊地壓治理效果檢驗

3.1電磁輻射法

在煤巖層破裂的過程中，它會向外輻射電磁能量。利用這個特性，通過對其電磁輻射能量的檢測，可以確認其是否處在破裂狀態(tài)，是否有發(fā)生沖擊地壓的危險。在開采作業(yè)中，主要通過2個指標來完成這種檢測，一個是電磁輻射強度，另一個是脈沖數(shù)。電磁輻射強度主要反映了煤巖層的受載程度及變形破裂強度，而脈沖數(shù)主要反映了煤巖體變形及微破裂的頻次。通過對這2種信息的綜合，可以有效地檢驗沖擊地壓治理效果。

3.2鉆屑法

煤的沖擊傾向性和支承應力帶狀況是檢驗沖擊地壓狀況的主要依據(jù)。而鉆屑法恰好可以實現(xiàn)這兩項指標的檢驗。因此，在操作中，它也是被普遍采用的一種治理效果檢驗方法。如果支承壓力指數(shù)達到臨界值，且煤層又有中等以上沖擊傾向性，沖擊地壓就可能發(fā)生。而如果檢測到的煤粉量超過以上臨界指標，應認定煤體處于臨界危險狀態(tài)，必須立即采取解危措施。

4結束語

煤炭開采過程中沖擊地壓造成的影響與危害都是巨大的。因此，要根據(jù)煤炭開采現(xiàn)場實際情況，制定出行之有效、具體、安全的計劃，科學合理的防止沖擊地壓事故發(fā)生，有效的保障煤炭開采工程的安全，促進煤炭開采事業(yè)的順利進行，創(chuàng)造煤炭開采事業(yè)安全發(fā)展的局面。

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（作者單位：棗礦集團滕東煤礦）

作者簡介：陳西東，男，1975年7月出生，2004年7月山東科技大學采礦專業(yè)畢業(yè)，大學本科，中級職稱，現(xiàn)任棗礦集團滕東煤礦防沖辦技術員，從事煤礦沖擊地壓防治7年。