淺談國內(nèi)外沖擊地壓預(yù)測與防治

摘 要：沖擊地壓是一種特殊的礦山壓力現(xiàn)象，也是煤礦井下復(fù)雜動(dòng)力現(xiàn)象之一。當(dāng)應(yīng)力超過極限狀態(tài)時(shí)，會(huì)造成瞬間大量彈性能的突然釋放，，不僅會(huì)對設(shè)備造成損壞，嚴(yán)重時(shí)可造成人員傷亡。本文主要針對沖擊地壓發(fā)生的現(xiàn)狀，闡述目前國內(nèi)外對沖擊地壓預(yù)測和防治的情況，對現(xiàn)有主要的預(yù)測技術(shù)進(jìn)行了分析說明。

關(guān)鍵詞：沖擊地壓；威脅；預(yù)測；防治

前言

隨著我國能源對煤炭的需求，煤炭開采量隨之增加，開采深度已接近千米。因此沖擊地壓災(zāi)害將日益嚴(yán)重，短期內(nèi)還不能像發(fā)達(dá)國家一樣將沖擊地壓礦井一并予以關(guān)閉。從而，我們必須對沖擊地壓這種自然災(zāi)害進(jìn)行更深的研究。本文對沖擊地壓預(yù)測與防治方法進(jìn)行了綜合論述，希望對沖擊地壓預(yù)測與防治有所幫助。

1 沖擊地壓預(yù)測

1.1 圍巖變形監(jiān)測法

采掘活動(dòng)在煤層和頂?shù)装逯袑⒁鸶鞣N形式的礦山壓力顯現(xiàn)，其中支承壓力有著特殊的意義。支承壓力的大小、分布是多因素影響的結(jié)果。在發(fā)生沖擊地壓過程中，支承壓力特別是動(dòng)壓顯現(xiàn)起著重要作用。因此利用它的顯現(xiàn)規(guī)律可以預(yù)測沖擊地壓。一般情況下，支承壓力的動(dòng)壓顯現(xiàn)與工作面煤壁邊緣區(qū)的穩(wěn)定性有關(guān)。當(dāng)邊緣區(qū)未被壓壞時(shí)，隨著采煤工作面的推進(jìn)，支承壓力的大小和峰值也隨之變化，其峰值愈靠近煤壁沖擊危險(xiǎn)性也愈大。

1.2 鉆屑法

鉆屑法是通過在煤體中鉆小直徑鉆孔，根據(jù)鉆孔時(shí)排出的煤粉量及其變化規(guī)律和有關(guān)動(dòng)力現(xiàn)象。達(dá)到一系列探測目的施工方法；鉆屑法能夠估測煤巖體應(yīng)力大小和分布，因而能夠用于估測采掘工作面的支承壓力大小和分布規(guī)律。支承壓力的峰值大小，峰值位置至煤壁的距離，以及支承壓力顯著作用范圍。它具有簡單易行、直觀、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為公認(rèn)的一種預(yù)測沖擊地壓危險(xiǎn)的主要方法。

1.3 地音微震監(jiān)測

地音微震監(jiān)測是實(shí)現(xiàn)沖擊地壓防治現(xiàn)代化的有效途徑。在井下生產(chǎn)過程中，回采、掘進(jìn)等生產(chǎn)過程都會(huì)引起圍巖應(yīng)力集中，造成采掘空間周圍巖的震動(dòng)、破裂和突然卸壓出現(xiàn)一系列具有動(dòng)力特征的聲發(fā)射現(xiàn)象，通過上述動(dòng)力現(xiàn)象是煤巖結(jié)構(gòu)破壞和裂隙擴(kuò)展或?yàn)?zāi)害性事故的前兆信號，觀測和記錄這些現(xiàn)象就可以預(yù)測沖擊危險(xiǎn)。

1.4 電磁輻射監(jiān)測儀探測法

不同類型的煤、巖石和混凝土在載荷作用下變形及破裂過程中都有電磁輻射信號產(chǎn)生。電磁輻射與含瓦斯煤巖流變破壞之間具有很好的相關(guān)性；掘進(jìn)或回采空間形成后，圍巖自然應(yīng)力被破壞，礦體和圍巖必然要發(fā)生變形或破裂，從而會(huì)尋求一種新的應(yīng)力平衡；這種過程會(huì)引起電磁輻射。不同類型的煤、巖石和混凝土在載荷作用下變形及破裂過程中都有電磁輻射信號產(chǎn)生。電磁輻射與含瓦斯煤巖流變破壞之間具有很好的相關(guān)性；由松弛區(qū)域到應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力及瓦斯壓力越來越高，因此電磁輻射信號也越來越強(qiáng)。在應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力和瓦斯壓力達(dá)最大值，因此煤體的變形破裂過程也較強(qiáng)烈，電磁輻射信號最強(qiáng)。進(jìn)入原始應(yīng)力區(qū)，電磁輻射強(qiáng)度將有所下降，且趨于平衡。

2 沖擊地壓防治

2.1 開采保護(hù)層

當(dāng)所有煤層有沖擊地壓危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)開采沖擊地壓小的煤層。當(dāng)沖擊地壓危險(xiǎn)的煤層的頂、底板都賦存保護(hù)層時(shí)建議開采頂板保護(hù)層。開采保護(hù)層其圍巖產(chǎn)生裂隙引起圍巖向采掘空間移動(dòng)使采空區(qū)上下方的巖層卸載形成“卸壓帶”以及附近巖層產(chǎn)生破裂。煤巖體中產(chǎn)生大量裂隙改變了煤巖結(jié)構(gòu)和屬性釋放了潛在的彈性能消除和減緩了沖擊地壓的危險(xiǎn)。

開采保護(hù)層防治沖擊地壓的原因：保護(hù)層開采是一種區(qū)域性、超前性、徹底性治理沖擊地壓的措施之一，能從根本上消除工作面沖擊地壓威脅。保護(hù)層開采可減少巖層移動(dòng)的范圍，形成新的應(yīng)力平衡狀態(tài)，原有煤層中的應(yīng)力減小，煤層中出現(xiàn)裂隙、膨脹，透氣性增大，使得發(fā)生沖擊地壓危害的可能性降低，從而減少發(fā)生沖擊地壓的可能性。

2.2 合理選擇開拓布置及開采方法

控制煤礦沖擊地壓發(fā)生的關(guān)鍵，是控制沖擊地壓實(shí)現(xiàn)的應(yīng)力條件；在開拓和準(zhǔn)備階段中實(shí)現(xiàn)合理的開拓開采方式和順序，以便完全消除沖擊地壓危險(xiǎn)，或把它減小到最小程度。

2.3 煤層預(yù)注水

煤層注水是通過高壓水將煤體壓裂，并通過煤巖水化反應(yīng)改變煤巖體物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的措施。注水后能使煤體的強(qiáng)度和積蓄彈性能的能力下降，使煤體沖擊傾向減弱。水對煤的弱化作用，能使強(qiáng)烈沖擊傾向煤層變成無沖擊傾向或弱沖擊傾向煤層。

煤層注水防治沖擊地壓的原因：煤層注水后，可以使支承壓力峰值降低，峰值點(diǎn)位置向煤體深處轉(zhuǎn)移，從而能達(dá)到改變煤體（或局部煤體）應(yīng)力狀態(tài)的目的。煤體注水后，能夠改善能量釋放過程中在時(shí)間上的穩(wěn)定性和在空間上的均勻性。

2.4 卸壓爆破

卸壓爆破能同時(shí)局部解除沖擊地壓發(fā)生的強(qiáng)度條件和能量條件。即在有沖擊危險(xiǎn)的工作面卸壓和在近煤壁一定寬度的條帶內(nèi)破壞煤的結(jié)構(gòu)（但不落煤），使它不能積聚彈性能或達(dá)不到威脅安全的程度；卸壓爆破在煤體中產(chǎn)生大量裂隙，使煤體的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，彈性模量減小，強(qiáng)度降低，彈性能減少，破壞了沖擊地壓發(fā)生的強(qiáng)度條件和能量條件。由于煤體內(nèi)裂隙的長度和密度增加，按照失穩(wěn)理論，還具有致穩(wěn)作用和止裂作用，防止了沖擊地壓的發(fā)生。

2.5 鉆孔卸壓

聚集在煤巖中的壓力通過鉆孔的方式進(jìn)行釋放，使煤層中的壓力降低。是釋放彈性能的一種方法。其原理是基于鉆孔及其周圍形成的破碎區(qū)。當(dāng)這些破碎區(qū)互相接近后，便能使煤層破裂卸壓。鉆孔卸壓作為解危措施是可行的，其優(yōu)點(diǎn)在于能把鉆孔深入到高壓帶。卸壓效果好，靈活可靠。

3 結(jié)束語

沖擊地壓事故是井下常見且多發(fā)的事故，隨著礦井開采深度的逐漸增加，發(fā)生沖擊地壓事故的概率也隨之增加，在沒有更好的解決辦法之前，我們只能通過現(xiàn)有的技術(shù)和方法對沖擊地壓進(jìn)行預(yù)測，并采取相應(yīng)有效的預(yù)防措施，總結(jié)以往的事故經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)礦井的實(shí)際情況制定行之有效的技術(shù)措施，以防止沖擊地壓事故的發(fā)生，確保煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)。

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