張盛楠
摘要:煤礦開采環(huán)境惡劣,存在一定危險(xiǎn),而深井開采中沖擊地壓帶來的災(zāi)害往往是最嚴(yán)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(jìn)行,是一個(gè)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(guān)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(dòng)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(zāi)害相比,沖擊地壓具有更大的破壞性和危險(xiǎn)性,并且為沒有明顯的災(zāi)害預(yù)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(yù)防措施也同樣變得極具現(xiàn)實(shí)意義。
1、煤礦沖擊地壓產(chǎn)生的原因
1.1 煤礦地質(zhì)因素。
(1)開采深度?,F(xiàn)有研究表明,造成了地下煤礦沖擊地壓的主要發(fā)生在高地應(yīng)力付村環(huán)境下。這主要是因?yàn)樵诟叩貞?yīng)力作用下煤礦層會(huì)發(fā)生較大的壓縮變形,進(jìn)而積累了較大的彈性能量,當(dāng)煤炭開挖時(shí)由于開挖卸荷作用就會(huì)導(dǎo)致煤炭內(nèi)積累的彈性能量在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出來。目前學(xué)術(shù)界公認(rèn)為,當(dāng)埋深在低于350米時(shí),屬于淺埋地應(yīng)力較小,發(fā)生煤礦沖擊地壓的概率較小。當(dāng)埋深大于350米時(shí)。煤礦沖擊地壓發(fā)生的概率會(huì)隨著地應(yīng)力的急劇增加而急劇增加,埋深越大發(fā)生的概率越大。
(2)煤巖層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。煤礦沖擊地壓往往會(huì)發(fā)生在硬頂—硬煤—硬底和硬頂—薄軟層—煤層的煤層當(dāng)中,這主要是這兩種煤層結(jié)構(gòu)由于其自身特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)會(huì)很容易引發(fā)可冒性和沖擊危險(xiǎn)性,存在較大的煤礦沖擊地壓的潛在可能性。
1.2 開采技術(shù)因素。
由于開采技術(shù)的影響因素也是造成煤礦沖擊地壓。開采技術(shù)造成的煤礦沖擊地壓的主要有以下兩種表現(xiàn)形式:首先由于開采技術(shù)不當(dāng)造成開采區(qū)域煤礦發(fā)生了較大的應(yīng)力積聚,形成較大的應(yīng)力集中;其次由于開挖造成了地應(yīng)力的瞬間釋放,誘發(fā)了煤礦沖擊地壓。對于這兩種表現(xiàn)形式都會(huì)增加和誘發(fā)煤礦沖擊地壓發(fā)生。
1.3 組織管理因素。
煤礦的開采離不開組織嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)高效的管理系統(tǒng)。同樣的由于組織管理不夠嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)就會(huì)造成煤礦沖擊地壓發(fā)生。通過對目前我國發(fā)生的眾多的煤礦沖擊地壓事故進(jìn)行對比分析,可以發(fā)現(xiàn)均或多或少的存在著組織管理松散的情況發(fā)生,造成煤礦開采出現(xiàn)不合理的問題頻發(fā)。例如,對于煤礦開采而言,當(dāng)開采掌子面接近已有的采空區(qū)域一定范圍內(nèi)時(shí)就會(huì)急劇增加沖擊地壓的發(fā)生概率。一般情況下,當(dāng)這個(gè)距離在30米時(shí)就應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的管理措施,來避免事故的發(fā)生。
2、煤礦沖擊地壓的有效防治技術(shù)分析
(1)鉆孔卸壓技術(shù)。
當(dāng)煤礦在高地應(yīng)力環(huán)境下回采時(shí),通過向煤層及頂?shù)装邈@孔的方式,破壞鉆孔附近的煤巖體,釋放煤層及頂板內(nèi)所積聚的彈性勢能。同時(shí),鉆孔還可以將巖體內(nèi)的高應(yīng)力進(jìn)行轉(zhuǎn)移,降低沖擊地壓的危險(xiǎn)性。在井下進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí),要根據(jù)實(shí)際情況選擇相適應(yīng)的鉆機(jī),按照規(guī)定進(jìn)行打孔,鉆孔呈單排分布,控制孔深到頂?shù)装宓挠行Ь嚯x,既達(dá)到了卸壓要求,由能保證鉆孔作業(yè)安全。
(2)爆破卸壓技術(shù)。
爆破卸壓技術(shù)就是在高應(yīng)力煤層中進(jìn)行定點(diǎn)爆破,當(dāng)煤層中的彈性勢能還不高的情況下,提前誘發(fā)沖擊。卸壓爆破后還會(huì)使煤層內(nèi)產(chǎn)生大量的裂隙,改變了附近的力學(xué)結(jié)構(gòu),降低了附近煤體的彈性能量和彈性強(qiáng)度。爆破卸壓后,可以通過鉆屑法進(jìn)行檢測,判斷卸壓是否達(dá)到要求。
(3)煤層注水技術(shù)。
煤層注水技術(shù)是一種有效的沖擊地壓防止措施,由于煤層本身就存在一定的透水性和孔隙,對煤層進(jìn)行注水后,改變了煤層的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì),降低了煤層的強(qiáng)度和繼續(xù)彈性勢能的能力,增加煤層附近塑性區(qū)范圍,同時(shí)還能起到工作面降塵的效果。
(4)SOS微震監(jiān)測。
SOS監(jiān)測系統(tǒng)由井上、井下監(jiān)測硬件和后處理軟件構(gòu)成,通過之間的相互配合,監(jiān)測井下動(dòng)壓情況。當(dāng)井下的煤巖體受到采動(dòng)影響之后,會(huì)釋放一定的能量,即煤巖體在破壞的過程中通過較低頻率(f<90Hz)振動(dòng)波釋放能量所造成的震動(dòng)效應(yīng)?,F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明,SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)可以對8km范圍內(nèi)的危險(xiǎn)源進(jìn)行監(jiān)測。微震監(jiān)測法的主要優(yōu)點(diǎn)有:監(jiān)測范圍廣,且定位精度較高;實(shí)時(shí)監(jiān)測,節(jié)約了相應(yīng)的人力物力。主要缺點(diǎn)是前期投資較大,監(jiān)測點(diǎn)的布置受開采位置影響較大。
(5)支架載荷監(jiān)測。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦開采領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,研發(fā)出一套液壓支架載荷自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng),實(shí)時(shí)了解液壓支架的受力情況,并繪制支架受力曲線圖,當(dāng)受力出現(xiàn)異常時(shí),則沖擊地壓發(fā)生的概率較大,應(yīng)提前采取措施,避免造成沖擊地壓事故。
(6)合理部署開采。
井下開采尤其是深井開采中,新工作面或新區(qū)段要注意優(yōu)化開采順序,避免形成多側(cè)采空區(qū)煤柱再回收。合理有效地將回風(fēng)平巷建設(shè)成沿空掘巷,若回風(fēng)平巷滿足不了生產(chǎn)需求時(shí),應(yīng)在煤體邊緣掘進(jìn)新巷,不能在應(yīng)力集中峰值的位置進(jìn)行補(bǔ)掘。采煤時(shí)多采首煤層和上部煤層,盡量不留或少留煤柱。沒進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)措施前,不能在壓力峰值區(qū)域開掘巷道或在同組煤層底部開掘巷道。在深井開采中,上下山開采多用跨采并布置巖石上下山,避免留設(shè)采空煤柱,而且兩側(cè)同時(shí)開采是沖擊地壓易產(chǎn)生的重要應(yīng)力條件。柱式體系開采法尤其是房柱式回收煤柱,是深井開采不宜使用的開采方法。
(7)減少作業(yè)空間的應(yīng)力集中。
一些具體的措施可以減少?zèng)_擊地壓對工作環(huán)境及設(shè)施的破壞,如加強(qiáng)工作面以增加開采強(qiáng)度,減少重操作部分和采取可折疊支撐設(shè)備以提高支撐應(yīng)力集中系數(shù),同時(shí)加強(qiáng)控制周圍巖層的變形并降低巖爆,以使底板巷道破壞速度減慢。嚴(yán)格檢測安全措施,實(shí)施高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)格,以防止在爆破時(shí)引發(fā)出沖擊地壓,產(chǎn)生巖爆。
3 結(jié)束語
通過本文的論述,我們可以發(fā)現(xiàn)煤礦沖擊地壓是一個(gè)十分復(fù)雜的力學(xué)現(xiàn)象,具有眾多的影響因素,對煤礦開采具有十分重大的破壞作用。通過大量的實(shí)踐研究表明,煤層注水技術(shù)/卸壓爆破技術(shù)以及鉆孔卸壓技術(shù)都能夠很好的緩解或消除煤礦沖擊地壓的影響。
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