淺談煤礦開采安全事故原因及對(duì)策

王欣

摘? 要：煤炭是我國(guó)的重要能源之一，而在進(jìn)行煤礦開采的過程中，相關(guān)的安全事故對(duì)煤礦的正常生產(chǎn)具有嚴(yán)重的不良影響，在這種問題的存在也在一定程度上對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展形成了沖擊。本文針對(duì)當(dāng)前我國(guó)煤礦開采過程中存在的沖擊地壓現(xiàn)象進(jìn)行了分析，探討了這一事故發(fā)生的具體原因和應(yīng)對(duì)措施，以期對(duì)我國(guó)煤礦生產(chǎn)的安全形成一定的保障。

關(guān)鍵詞：沖擊地壓;煤礦開采;安全事故

分類號(hào)：D631.6

引言：隨著煤礦資源開采的深度和強(qiáng)度逐步增加，煤礦開采過程中的相關(guān)安全事故也呈現(xiàn)出加劇的趨勢(shì)，這種現(xiàn)象的存在對(duì)我國(guó)煤礦開采的可持續(xù)性形成了一定的威脅，同時(shí)也不利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的健康發(fā)展，因此針對(duì)煤礦開采之中存在的安全事故進(jìn)行原因和對(duì)策的分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、沖擊地壓的含義和發(fā)生原因

1.沖擊地壓的含義

沖擊地壓是當(dāng)前煤礦開采過程中比較常見的地質(zhì)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖石動(dòng)力破壞，同時(shí)長(zhǎng)期以來人們也將沖擊地壓表述為巖爆、礦震等。從實(shí)際情況來看，這三種表述之間也存在著一定的差異，沖擊地壓所指的是在進(jìn)行礦物的開采過程中，礦井井巷或周圍巖體在彈性形變的影響之下，出現(xiàn)瞬間的能量釋放現(xiàn)象，在這種情況下，將導(dǎo)致的大量巖體遭到拋出，應(yīng)發(fā)其他事故。由于沖擊地壓對(duì)礦井和人員安全具有較大的威脅，因此是當(dāng)前煤礦開采工作之中的重要災(zāi)害事故之一。此外，從沖擊地壓的表現(xiàn)來看，這一災(zāi)害現(xiàn)象又可以劃分為材料失穩(wěn)型沖擊地壓、滑移錯(cuò)位型沖擊地壓、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)型沖擊地壓等，同時(shí)滑移錯(cuò)位型沖擊地壓與結(jié)構(gòu)師問型沖擊地壓在危害性方面也往往顯著高于材料失穩(wěn)型沖擊地壓。

2.沖擊地壓發(fā)生的原因分析

整體而言，沖擊地壓現(xiàn)象的發(fā)生本質(zhì)是由于高應(yīng)力狀態(tài)下，相關(guān)的巖體由于失穩(wěn)現(xiàn)象而層出現(xiàn)的一系列破壞，這種破壞對(duì)礦物的采掘活動(dòng)將造成直接的沖擊。從不同類型的沖擊地壓現(xiàn)象來看，其發(fā)生的原因也存在一定的差異[1]，首先材料失穩(wěn)型沖擊地壓是由于相關(guān)巖體之中的應(yīng)力達(dá)到較高的狀態(tài)之后，導(dǎo)致巖體出現(xiàn)裂紋，并在一定的時(shí)間階段之內(nèi)逐步貫通巖體，最終在相應(yīng)的范圍內(nèi)出現(xiàn)沖擊地壓的現(xiàn)象?；棋e(cuò)位型沖擊地壓發(fā)生的原因則主要是由于巖體在相關(guān)的采掘活動(dòng)影響之下，導(dǎo)致當(dāng)前的采掘?qū)映霈F(xiàn)移動(dòng)和沖擊現(xiàn)象，或是在當(dāng)前的采掘位置附近，相應(yīng)的地質(zhì)構(gòu)造出現(xiàn)錯(cuò)位等現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)巖體造成巨大破壞。結(jié)構(gòu)師問型沖擊地壓發(fā)生的原因則主要是由于在相關(guān)的采掘活動(dòng)中，由于應(yīng)力等因素導(dǎo)致巖層和井巷結(jié)構(gòu)大規(guī)模失穩(wěn)，最終導(dǎo)致沖擊地壓的形成。

二、形成沖擊地壓的因素分析

1.開采深度影響因素分析

沖擊地壓的出現(xiàn)一般都是外在因素所引起的。媒體所處的應(yīng)力水平也是沖擊地壓出現(xiàn)的主要因素之一。從頂板體系上來看受上覆巖層的相關(guān)重力作用，特別是因?yàn)椴删蚧顒?dòng)，所遭受到的疊加應(yīng)力影響之后，媒體會(huì)遭受到的破壞成都以及巖體體積的彈性是可以被逐漸提升的，若是出現(xiàn)了某些誘發(fā)性的條件是能夠?qū)⒚襟w拋出的，這樣會(huì)形成等級(jí)不同的沖擊地壓。從上述分析中可以看出，煤礦出現(xiàn)沖擊地壓大多數(shù)情況都是煤體突出所引發(fā)的。

2.煤層頂?shù)装鍙?qiáng)度影響因素分析

在一定程度上沖擊地壓是能量釋放的過程，其自身具有較強(qiáng)的沖擊力，沖向煤體，單位體積的能量集聚越多，其沖擊的力度也會(huì)越大。在深井巷道頂?shù)装鍙?qiáng)度相對(duì)較高的條件下，煤礦開采之后所暴露的面積是相對(duì)較大的，頂?shù)装宓倪\(yùn)動(dòng)對(duì)于媒體會(huì)形成一定的夾持作用，在媒體的深度范圍之后可以形成一定的支撐能力，從而讓媒體變形，因?yàn)轫數(shù)装宓膹?qiáng)度是相對(duì)較高的，其變形的量較弱，媒體當(dāng)中所集聚的能量會(huì)被頂?shù)装逦找欢浚杂锌赡軙?huì)出現(xiàn)沖擊地壓的問題出現(xiàn)。

3.地質(zhì)構(gòu)造影響因素分析

煤礦地質(zhì)構(gòu)造對(duì)于沖擊地壓的產(chǎn)生有著極大的影響。在地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力集中位置，構(gòu)造的相關(guān)應(yīng)力會(huì)讓沖擊地壓情況出現(xiàn)。然而在開采挖掘接近斷層時(shí)，會(huì)時(shí)常出現(xiàn)沖擊地壓，并且這種沖擊地壓的強(qiáng)度是較大的類型;主要的出現(xiàn)原因是因?yàn)?頂板巖梁被折斷之后，會(huì)減少傳遞力的關(guān)聯(lián)，從而出現(xiàn)應(yīng)力集中的頂板活動(dòng)，此時(shí)若是出現(xiàn)沖擊地壓，那么這種沖擊地壓的強(qiáng)度也是相對(duì)較大的，沖擊地壓的出現(xiàn)收到地質(zhì)構(gòu)造的影響也是非常大的。

三、煤礦沖擊地壓的防治原則

鑒于煤礦開采過程中沖擊地壓可能帶來的嚴(yán)重后果，以有效識(shí)別、防范沖擊地壓事故為目標(biāo)，切實(shí)保障煤礦開采現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員、設(shè)備的安全狀態(tài)，煤礦企業(yè)有必要制定詳細(xì)的沖擊地壓防治細(xì)則，明確事故防治的基本原則。

首先，不同載荷類型與釋放主體造成的沖擊地壓事故具有明顯區(qū)別，堅(jiān)持分類防治、針對(duì)性排查的基本原則，從既往安全生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，梳理各類沖擊地壓的特征以及有效的防治措施，形成初步分類防治方案，對(duì)事故的防范有重要的指導(dǎo)作用。

其次，對(duì)煤層或者巖層進(jìn)行沖擊傾向性鑒定，是檢查煤層、巖層性能并評(píng)估沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)的重要方式。參考現(xiàn)有的安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)與既往事故防治經(jīng)驗(yàn)，作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)存在以下情況的煤層、巖層進(jìn)行嚴(yán)格的鑒定：（1）出現(xiàn)典型的動(dòng)力現(xiàn)象，如煤巖彈射、震動(dòng)強(qiáng)烈等;（2）涉及埋深超過400m的采掘任務(wù)，煤層上方100m范圍內(nèi)有特殊堅(jiān)硬巖層（單軸抗壓強(qiáng)度>60MPa，單層厚度>10m）;（3）同一煤層、相鄰礦井層出現(xiàn)過沖擊地壓事故，或者經(jīng)鑒定發(fā)現(xiàn)相應(yīng)煤層處于沖擊地壓煤層;（4）在沖擊地壓礦井下實(shí)施煤層開采作業(yè)。

再則，經(jīng)過鑒定確認(rèn)煤層屬于沖擊傾向性煤層，在開采工作前需要嚴(yán)格按照評(píng)估程序?qū)ζ錄_擊危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，尤其是對(duì)于采掘工作面以及采區(qū)，需要充分利用現(xiàn)有的綜合指數(shù)法，必要時(shí)結(jié)合其他評(píng)估方法對(duì)沖擊地壓的危險(xiǎn)性進(jìn)行綜合評(píng)估，但其他評(píng)估方法必須經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證確認(rèn)有效。

最后，整個(gè)沖擊地壓的防治工作必須堅(jiān)持“區(qū)域先行、局部跟進(jìn)、分區(qū)管理、分類防治”的基本原則。在確定沖擊地壓的防治區(qū)域以后，需要編制詳細(xì)的防沖規(guī)劃，明確各個(gè)局部地區(qū)防治任務(wù)、防治方法以及擬達(dá)到的實(shí)際效果。在局部防治階段，需要有專業(yè)人員對(duì)防治的效果進(jìn)行及時(shí)跟蹤、全面檢查。對(duì)于防治過程的管理，則需要嚴(yán)格執(zhí)行分區(qū)管理策略，結(jié)合沖擊地壓的風(fēng)險(xiǎn)高低以及防沖計(jì)劃，開展分類防治工作。

四、沖擊地壓的應(yīng)對(duì)及防治措施

1.加強(qiáng)對(duì)沖擊地壓的監(jiān)測(cè)和預(yù)警

在沖擊地壓孕育的過程中，相關(guān)巖體之中將出現(xiàn)一定的應(yīng)力變化和能量釋放，這一特征的存在為預(yù)警和監(jiān)測(cè)工作的開展提供了可能，尤其是在沖擊地壓孕育之中所產(chǎn)生的微震、電磁輻射等，通過對(duì)這些信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，就能夠比較良好地掌握沖擊地壓等的形成和變化，為相關(guān)的預(yù)防工作形成依據(jù)。以實(shí)際情況為例，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，相關(guān)人員可以采用分布式廣域網(wǎng)微地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和頂板離層遙測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)手段，來對(duì)當(dāng)前開采區(qū)域的煤層、巖體之中的裂紋、應(yīng)力等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并依托專業(yè)的計(jì)算機(jī)軟件來將其進(jìn)行可視化處理，從而最終可以確定當(dāng)前開采過程中可能出現(xiàn)的沖擊地壓，以及其在發(fā)生階段將可能造成的危害范圍等，最終幫助相關(guān)單位實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊地壓災(zāi)害的避免和防范[2]。在局部監(jiān)測(cè)任務(wù)中，鉆屑法是一種比較常用的方法，能夠幫助監(jiān)測(cè)人員及時(shí)測(cè)定局部的沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)。需要注意的是，在監(jiān)測(cè)過程中需要根據(jù)局部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際條件確定鉆孔的參數(shù)，并由專業(yè)人員對(duì)每米鉆進(jìn)產(chǎn)生的煤粉量進(jìn)行測(cè)定、記錄，一旦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到或者超過臨界數(shù)值，則應(yīng)當(dāng)考慮監(jiān)測(cè)點(diǎn)存在沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)。除煤粉量超標(biāo)，鉆進(jìn)過程的動(dòng)力效應(yīng)也是評(píng)估沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)的參考指標(biāo)，一般情況下，出現(xiàn)卡鉆、鉆孔沖擊、異常聲響等問題，監(jiān)測(cè)人員就需要警惕局部地區(qū)是否存在沖擊地壓事故風(fēng)險(xiǎn)。

2.加強(qiáng)對(duì)沖擊地壓的技術(shù)防治

除了針對(duì)沖擊地壓加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和預(yù)警之外，相關(guān)單位和人員也需要采取相應(yīng)的技術(shù)手段來進(jìn)行對(duì)沖擊地壓的治理工作。存從實(shí)際情況來看，相關(guān)單位可以采用如下幾種方法實(shí)現(xiàn)防治目標(biāo)，首是針對(duì)當(dāng)前的礦井進(jìn)行科學(xué)和全面的設(shè)計(jì)，從而避免在開采過程中發(fā)生沖擊地壓?jiǎn)栴}。在這種方法之下，相關(guān)單位可以采取優(yōu)化開拓布置、預(yù)掘卸壓巷等實(shí)際方式，從而提高開采的安全性。其次，相關(guān)單位也可以在掌握部分地區(qū)具有沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)之后，采取避免應(yīng)力集中的方式來達(dá)到防治沖擊地壓的目的，例如在實(shí)際操作之中，采取頂板深孔爆破、煤層高壓主水和大孔卸壓法等措施，在這些措施之下，能夠?qū)哂酗L(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域進(jìn)行治理，降低沖擊地壓發(fā)生的可能性?？茖W(xué)合理的布置巷道位置是防止沖擊地壓危害的重要途徑之一。合理的深部支護(hù)設(shè)計(jì)方案是給予防沖的設(shè)計(jì)研究，首采工作面采用支護(hù)措施，這樣能夠從根本上預(yù)防沖擊地壓情況的出現(xiàn)。充分運(yùn)用煤層注水和強(qiáng)支護(hù)等防治措施，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)際工程掘進(jìn)的安全性，從而保障工程順利的進(jìn)行。

除上述防治技術(shù)外，相關(guān)單位也可以采取恰當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施，以此來強(qiáng)化巖體對(duì)沖擊的抵抗能力，在實(shí)際操作過程中，相關(guān)單位和人員可以采取強(qiáng)力錨桿u型鋼支護(hù)的措施或是門式液壓支護(hù)的方法來達(dá)到消除應(yīng)力疊加的目的，從而防范地壓沖擊。強(qiáng)支護(hù)對(duì)策主要是針對(duì)在不同的圍巖條件的巖層巷道中所進(jìn)行的支護(hù)施工強(qiáng)化，其主要包含了斷層影響所引起的帶內(nèi)煤巖交界位置巷道和巷道交叉口。在工作面中等以上的沖擊危險(xiǎn)范圍進(jìn)行支護(hù)工序的強(qiáng)化，在原本就有的錨網(wǎng)索、拱形鋼棚支護(hù)基礎(chǔ)上，還可以加入單體液壓支柱和傾向的鋼帶鏈接裝置，這樣能夠在一定程度上保障立柱的承受荷載應(yīng)力，預(yù)防立柱受到較大應(yīng)力而出現(xiàn)的倒柱情況出現(xiàn)。在一定程度上巷道交叉口是存在較大的懸頂面積的，存在比較高的應(yīng)力集中。所以巷道交叉口強(qiáng)化支護(hù)，增加錨索和錨桿的整體密度。在巷幫位置進(jìn)行打液壓臺(tái)棚中加鉸接頂梁，這樣能夠加固頂板，從而起到強(qiáng)化巷道較差口的承受力。需要注意的是，對(duì)于存在沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)的采掘工作面，技術(shù)人員在編制作業(yè)規(guī)程的過程中，必須充分考慮沖擊地壓的防范需求以及有效的防治技術(shù)，從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，制定完善的防沖專項(xiàng)措施，并將其納入作業(yè)規(guī)程的范疇。一般情況下，防沖專項(xiàng)措施的制定，需要嚴(yán)格依據(jù)防沖設(shè)計(jì)編制標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)落實(shí)各作業(yè)區(qū)域的沖擊地壓監(jiān)測(cè)方法、危險(xiǎn)性評(píng)估方法、評(píng)價(jià)結(jié)果的報(bào)告、防治措施、防治效果的跟進(jìn)策略、安全防護(hù)的有效策略以及突發(fā)沖擊地壓事故時(shí)的避災(zāi)路線。

3.加強(qiáng)沖擊地壓的管理

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊地壓的有效防范，相關(guān)單位在實(shí)際的工作過程中，可以采取加強(qiáng)管理體系建設(shè)和工作流程設(shè)計(jì)的方法，例如，在進(jìn)行管理的過程中，針對(duì)煤礦開采之前進(jìn)行沖擊地壓發(fā)生危險(xiǎn)和可能性的全面評(píng)估，同時(shí)在針對(duì)目前的煤礦開采方案進(jìn)行系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，確保開采方案的科學(xué)性[3]。不同的采深會(huì)影響礦壓的變化。比如，在采煤工作面開采之前煤層出現(xiàn)變形，因回采而形成的支撐壓力范圍以及大小是有著極大的關(guān)系的;在工作面和采空區(qū)上面的拱與梁的結(jié)構(gòu)形式當(dāng)中，煤礦巷道頂?shù)装搴蛢蓭蛶r石開采的動(dòng)靜會(huì)影響到臨界的實(shí)際深度。在涉及到?jīng)_擊地壓煤層的采掘任務(wù)中，合理控制采掘策略，對(duì)沖擊地壓的防范也有重要價(jià)值：（1）按照防沖要求，應(yīng)力集中區(qū)的工作面之間需要預(yù)留足夠?qū)挼木嚯x;（2）當(dāng)掘進(jìn)面的間距<150m，采、掘面的間距<350m，采煤工作面間距<500m時(shí)，應(yīng)當(dāng)警惕應(yīng)力疊加風(fēng)險(xiǎn)，禁止兩個(gè)工作面同時(shí)作業(yè)。其次，在實(shí)施開采之前，相關(guān)單位和人員需要針對(duì)當(dāng)前可能發(fā)生沖擊地壓的區(qū)域進(jìn)行防沖預(yù)處理，以及在進(jìn)行開采的階段，落實(shí)對(duì)相關(guān)區(qū)域巖體的監(jiān)測(cè)和預(yù)警工作。在這一系列工作措施和工作流程之下，最終能夠比較良好地確保開采的安全性，達(dá)到避免沖擊地壓對(duì)開采工作造成不良影響的目的。

五、結(jié)束語

綜上所述，在當(dāng)前煤礦開采工作過程中，沖擊地壓是煤礦開采工作面對(duì)的重要威脅之一，針對(duì)這種現(xiàn)象，相關(guān)單位需要在實(shí)際的開采過程中，加強(qiáng)對(duì)沖擊地壓發(fā)生原因的了解和認(rèn)識(shí)，同時(shí)采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，加?qiáng)對(duì)沖擊地壓現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)和預(yù)警工作，最終達(dá)到防范沖擊地壓的目標(biāo)。

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