深井沖擊地壓發(fā)生機(jī)理研究及防治技術(shù)

趙相海

兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦 山東菏澤 274700

以地質(zhì)構(gòu)造形式、開(kāi)采深度、最大主應(yīng)力以及采場(chǎng)回采產(chǎn)生的次生應(yīng)力對(duì)沖擊地壓的影響要素進(jìn)行系統(tǒng)研究，以多因素耦合分析沖擊地壓發(fā)生機(jī)理為基礎(chǔ)，以使微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在沖擊地壓預(yù)測(cè)過(guò)程中充分發(fā)揮預(yù)警監(jiān)測(cè)的作用，為沖擊地壓災(zāi)害發(fā)生規(guī)律及可能性進(jìn)行充分的預(yù)測(cè)和防治提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 沖擊地壓技術(shù)

沖擊地壓主要是由于煤巖性質(zhì)以及相應(yīng)的煤巖構(gòu)造引起的。當(dāng)前，煤巖性質(zhì)以及相應(yīng)的煤巖構(gòu)造是研究的難點(diǎn)，現(xiàn)在對(duì)于沖擊地壓的防范并未形成一套完善的防范機(jī)理。可是由于經(jīng)濟(jì)對(duì)煤礦開(kāi)采的不斷增加，也促使煤礦沖擊地壓不斷發(fā)展，每個(gè)國(guó)家的學(xué)者都進(jìn)行了艱苦的探索，并且都發(fā)表了不同的理論，雖然理論各異，但都具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

在對(duì)沖擊地壓研究的過(guò)程中，應(yīng)該將研究的重心放在預(yù)測(cè)防范，治理與降低傷亡為輔的原則。只要能夠有效地避免沖擊地壓的出現(xiàn)，才可以有效地避免事故率以及降低不必要的損失，這樣才可以使得煤礦開(kāi)采朝著安全與綠色的方向發(fā)展。當(dāng)前技術(shù)雖然不能夠完全有效地預(yù)測(cè)沖擊地壓可是也可以采用相應(yīng)的措施，降低沖擊地壓的發(fā)生率，具體如下：①應(yīng)力集中，在工程中可以打卸壓孔，這樣能夠有效實(shí)現(xiàn)卸壓，其對(duì)預(yù)防突發(fā)性的沖擊地壓能夠發(fā)揮良好的作用。②在工作面回采時(shí)，通常可以在上下平巷煤壁中設(shè)置一組壓力檢測(cè)器，間隔設(shè)定為5-10m，這樣可以有效地檢測(cè)煤壁內(nèi)部壓強(qiáng)的變化情況，當(dāng)出現(xiàn)沖擊地壓的預(yù)警時(shí)，可以采取一定的保護(hù)措施。③可以在每一個(gè)巷道頂板設(shè)置頂板離層儀，這樣能夠?qū)敯咫x層實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的效果，從而可以防止頂板離層嚴(yán)重圍巖超出自身最大承受能力，最終出現(xiàn)沖擊地壓[1]。

2 沖擊地壓防治措施

2.1 減弱煤巖應(yīng)力集中

通常從如下兩個(gè)方面著手：第一，對(duì)于應(yīng)力集中或者巷道采煤較深，一般設(shè)置卸壓孔，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)卸壓的效果，從而可以起到避免沖擊地壓的效果；第二，找到良好的減壓位置，一般步驟如下：①采用無(wú)煤柱的形式進(jìn)行開(kāi)采，對(duì)于煤體存在突出位置，可以將其清除，這樣能夠保證在開(kāi)采的過(guò)程中不會(huì)受到煤柱的影響。②有效消除鄰近層煤柱的相互租用，進(jìn)一步降低沖擊地壓發(fā)生的概率。③優(yōu)化開(kāi)采順序，在實(shí)施工程的過(guò)程中，假如開(kāi)采不規(guī)范，那么可能出現(xiàn)大量應(yīng)力集中的現(xiàn)象。現(xiàn)在比較有效的卸壓方式有如下幾種：依據(jù)應(yīng)力三向化轉(zhuǎn)移原理，對(duì)于沖擊地壓爆發(fā)的位置，可以設(shè)置大直徑鉆孔，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)卸壓[2]。當(dāng)設(shè)置了大直徑鉆孔之后，往往對(duì)巷道內(nèi)的圍巖結(jié)構(gòu)帶來(lái)一定的破壞，進(jìn)而演化成為弱化帶，使得局部高應(yīng)力向深度位置擴(kuò)散，這樣巷道位置的圍巖位置應(yīng)力比較小。假如出現(xiàn)沖擊時(shí)，那么大直徑孔可以吸收一定的沖擊煤粉，此外，卸壓區(qū)內(nèi)頂?shù)装鍖?huì)形成閉合楔形阻力帶，從而能夠有效地防止煤體沖擊，避免不必要的損失。

2.2 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

煤層頂板較為堅(jiān)硬，在開(kāi)采后容易出現(xiàn)劇烈活動(dòng)，釋放大量能量而誘發(fā)沖擊地壓。在開(kāi)采過(guò)程中需要對(duì)工作面的微震頻率進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)其震動(dòng)的規(guī)律，這時(shí)在工作面運(yùn)用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)整個(gè)回采過(guò)程相當(dāng)重要。工作面平均進(jìn)尺分別為100.0、198.5、304.0、401.0、497.5m，在此系統(tǒng)工作時(shí)間范圍內(nèi)采集到相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)用微震三維可視化操作以及Surfer軟件對(duì)該時(shí)間段的震源點(diǎn)進(jìn)行分析，并按照震源點(diǎn)的平面分布劃分出震源點(diǎn)范圍。工作面在回采期間發(fā)生的采動(dòng)是造成這些震動(dòng)事件的主要原因，原巖應(yīng)力已經(jīng)不是處于初始狀態(tài)分布。

2.3 作業(yè)面斷頂卸壓

隨著回采作業(yè)面的持續(xù)推移，煤層上部堅(jiān)硬頂板一旦出現(xiàn)大面積懸頂現(xiàn)象便會(huì)產(chǎn)生較大動(dòng)載，極易引起大范圍沖擊地壓現(xiàn)象。有鑒于此，應(yīng)當(dāng)在回采作業(yè)開(kāi)始前針對(duì)兩側(cè)巷道見(jiàn)方區(qū)域內(nèi)的頂板進(jìn)行斷頂爆破。通過(guò)這種斷頂作業(yè)，可以有效促進(jìn)后方采空區(qū)頂板的及時(shí)垮落，從而使采空區(qū)與未采區(qū)域的頂板連接性降低，有效降低頂板來(lái)壓時(shí)的強(qiáng)度[3]。此外，通過(guò)爆破作業(yè)能夠有效改變頂板理想特征，將其中積蓄的彈性勢(shì)能提前釋放，以降低沖擊地壓發(fā)生的可能性。具體作業(yè)參數(shù)為：自作業(yè)面開(kāi)切眼處開(kāi)始沿巷道走向以5m間隔布設(shè)斷頂爆破鉆孔，單個(gè)鉆孔深度不小于28m，內(nèi)部裝藥量不小于12kg。

2.4 微震監(jiān)測(cè)法

眾所周知巖體損傷破壞是一序列巖體裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展、貫通的演化過(guò)程。巖體裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展使得存儲(chǔ)在巖體內(nèi)部的彈性能得到部分釋放，并以彈性波的形式從破裂源向外傳播，從而形成微震事件。微震數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著巖體內(nèi)部的應(yīng)力和破裂變化發(fā)展趨勢(shì)的寶貴信息，通過(guò)監(jiān)測(cè)、分析巖體破裂損傷直至破壞過(guò)程中的微震信息，可以推斷巖體的損傷程度和發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而可分析巖體穩(wěn)定性狀態(tài)。由于微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)范圍較大，且24h三維動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)煤巖體破裂產(chǎn)生的微震事件，進(jìn)而評(píng)估監(jiān)測(cè)區(qū)域的沖擊傾向性風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估準(zhǔn)確率較高，因此廣泛應(yīng)用于沖擊地壓礦井中[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

沖擊地壓作為深部回采中越發(fā)常見(jiàn)的一種地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)對(duì)其的有效防治意義重大。礦井管理者必須高度重視相關(guān)問(wèn)題，在生產(chǎn)中結(jié)合實(shí)際制訂有針對(duì)性的沖擊地壓防治措施，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的有效防治，從而為礦井生產(chǎn)的持續(xù)有效開(kāi)展提供堅(jiān)實(shí)保障。