煤礦沖擊地壓的機(jī)理及未來(lái)的研究和治理技術(shù)

程立國(guó) 曲廣軍

摘 要：文章總結(jié)和歸納了現(xiàn)階段我國(guó)在研究煤炭巖體系發(fā)生沖擊地壓理論方面的成就，對(duì)于沖擊地壓發(fā)生的原因，特征進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上積極研究了沖擊機(jī)理在今后的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于如何做好預(yù)測(cè)和防治工作提出了意見(jiàn)和建議。

關(guān)鍵詞：沖擊地壓 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 治理技術(shù)

所謂煤礦沖擊地壓是指在高地應(yīng)力作用下，井巷或回采工作面周?chē)拿簬r體出現(xiàn)了破壞的情況，并伴隨著較大的聲響，巖體拋起的現(xiàn)象。這不僅僅會(huì)對(duì)于采掘空間中支護(hù)設(shè)備造成危害，還將可能使得采掘空間出現(xiàn)變形，嚴(yán)重的情況下造成人員傷亡，井巷毀壞和局部地震。

1.我國(guó)國(guó)內(nèi)煤礦沖擊地壓災(zāi)害以及理論研究情況

1. 1國(guó)內(nèi)外煤礦沖擊地壓災(zāi)害評(píng)述

我國(guó)最早記錄的沖擊地壓發(fā)生在1933年的煤撫順勝利礦。在此后的60年間的時(shí)間內(nèi)，礦井累計(jì)發(fā)生了四千多次的破壞性沖擊地壓，造成巨大人員傷害和財(cái)產(chǎn)傷害。

1. 2沖擊地壓理論研究現(xiàn)狀的評(píng)述

我國(guó)對(duì)于沖擊地壓的研究工作始于上世紀(jì)60年代，主要是以結(jié)合實(shí)踐沖擊地壓生產(chǎn)實(shí)踐的方式來(lái)進(jìn)行探索的。首先系統(tǒng)化的對(duì)于煤礦沖擊地壓進(jìn)行研究的是重慶大學(xué)和煤科總院重慶分院，以天池煤礦為研究對(duì)象開(kāi)展的；隨后全國(guó)性的煤礦沖抵地壓調(diào)研工作順利開(kāi)展。與1987 年頒布實(shí)施由煤科院北京開(kāi)采所和阜新礦業(yè)學(xué)院聯(lián)合起草的我國(guó)第一部《沖擊地壓煤層安全開(kāi)采暫行規(guī)定》。通過(guò)廣大科技工作者和研究人員的共同努力， 已使我國(guó)對(duì)沖擊地壓機(jī)理和防治措施的研究有了較大的進(jìn)展， 其中煤體注水與深孔松動(dòng)爆破方法相結(jié)合的綜合防治措施以及沖擊地壓的非線(xiàn)性有限元數(shù)值模擬、煤巖體地應(yīng)力場(chǎng)的測(cè)試和有限元計(jì)算分析、聲發(fā)射技術(shù)、微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在防治沖擊地壓的研究與應(yīng)用方面已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平[1]。對(duì)煤、巖體沖擊地壓和巖爆機(jī)理的研究。

2.沖擊地壓發(fā)生的機(jī)理

結(jié)合實(shí)際煤礦沖抵地壓實(shí)踐，其運(yùn)行的機(jī)理可以歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：其一沖擊地壓的分類(lèi)及顯現(xiàn)特性，一般情況下沖擊打壓可以歸結(jié)為動(dòng)型，構(gòu)造應(yīng)力性和動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力并有三種類(lèi)型，依照不同礦體變形破壞范圍大小可以實(shí)現(xiàn)合理的劃分。而沖擊地壓的特點(diǎn)可以表述為煤壁拋射性塌落， 頂板下沉或底板撇裂， 板炮頻繁， 煤體移動(dòng)， 彈性振動(dòng)， 設(shè)備震搬， 煤塵飛揚(yáng)， 無(wú)明顯預(yù)兆突然爆發(fā)，伴有巨大響聲和地震， 沖擊風(fēng)波引起構(gòu)筑物損壞， 易于出現(xiàn)較大損失和傷亡[2]。 其二，發(fā)生沖擊地壓的地質(zhì)及開(kāi)采條件，不同的沖擊地壓地質(zhì)和開(kāi)采條件也會(huì)表現(xiàn)出不同的沖擊地壓情況，對(duì)此我們應(yīng)該高度重視對(duì)于沖擊地壓特點(diǎn)的界定。其三，沖擊地壓發(fā)生的地點(diǎn)及影響范圍，在實(shí)踐過(guò)程中需要界定沖擊地壓的發(fā)生區(qū)域，不同區(qū)域，其機(jī)理運(yùn)行也是不同的，應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析。其四，影響沖擊地壓產(chǎn)生的因素，如果采煤方法，采掘程序，頂板管理控制，煤柱大小尺寸和放炮有所不同，也會(huì)對(duì)于沖擊地壓產(chǎn)生影響。其五，選擇防治沖擊地壓措施的原則，保證對(duì)于不同地點(diǎn)，不同影響范圍，不同誘因展開(kāi)具體問(wèn)題具體分析，制定符合實(shí)際情況的方案。

3.沖擊地壓理論研究的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

一直以來(lái)，沖擊地壓理論研究都是巖石力學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，大量的學(xué)者都在此方面做了研究工作。我國(guó)學(xué)者是從上世紀(jì)六十年代開(kāi)始對(duì)于沖擊地壓進(jìn)行研究的，其主要集合沖擊地壓實(shí)際生產(chǎn)流程來(lái)畸形探析。不可否認(rèn)，我國(guó)對(duì)于沖擊地壓機(jī)理和防治措施的研究有了很多的成績(jī)，比如煤體注水與深孔松動(dòng)爆破方法相結(jié)合的綜合防治措施以及沖擊地壓的非線(xiàn)性有限元數(shù)值模擬、煤巖體地應(yīng)力場(chǎng)的測(cè)試和有限元計(jì)算分析、聲發(fā)射技術(shù)、微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在防治沖擊地壓的研究與應(yīng)用方面取得了重大的突破[3]。從這個(gè)角度來(lái)探析沖擊地壓理論研究的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，我們可以將其歸結(jié)為以下幾方面內(nèi)容；其一，以微裂紋擴(kuò)展區(qū)的概念實(shí)現(xiàn)對(duì)于巖石類(lèi)材料的損傷狀態(tài)的描述；其二，從巖石斷裂和損傷力學(xué)的角度去審視巖石的斷裂和損傷情況；其三，以變量定義的方式去探析宏觀(guān)微觀(guān)理論的損傷變量方法和損傷模型；其四，以巖石準(zhǔn)靜態(tài)損傷過(guò)程理論去假定，實(shí)現(xiàn)對(duì)于損傷和外界的功成正比探析；其五，從現(xiàn)代數(shù)學(xué)、力學(xué)理論如斷裂力學(xué)、突變、分形、分叉（岔）、混沌等理論出發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于沖擊地壓?jiǎn)栴}的研究，健全交叉學(xué)科體系；其六，以預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)為突破口的防治觀(guān)念研究，以綜合指數(shù)法、鉆屑法、微震法、地音法即聲發(fā)射法、電磁輻射去實(shí)現(xiàn)對(duì)于巖石動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；其七，將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)試技術(shù)納入到煤礦沖擊地壓知識(shí)體系中去，以不斷提高預(yù)測(cè)效果。

4.國(guó)內(nèi)煤礦沖擊地壓治理技術(shù)

從沖擊地壓發(fā)生的機(jī)理特點(diǎn)出發(fā)，治理的實(shí)質(zhì)是充分利用各種有效的技術(shù)途徑，不斷改變煤炭巖石的應(yīng)力狀態(tài)和物理力學(xué)性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于惡性事件的遏制。對(duì)于我國(guó)來(lái)講治理煤礦沖擊地壓主要采取以下措施：其一，煤層注水，這是我國(guó)采用最早的施工技術(shù)，操作簡(jiǎn)單，效果比較明顯；其二，開(kāi)槽卸壓、誘導(dǎo)爆破和鉆孔卸壓等防治措施。其三，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)使用比較多的沖擊地壓治理措施有煤巖體注水、鉆孔卸壓、深孔松動(dòng)爆破、卸載誘導(dǎo)爆破、煤巖體掏槽卸壓、頂板預(yù)斷裂、巷道切槽卸壓、加固軟煤層、加強(qiáng)采掘支護(hù)、開(kāi)采保護(hù)層、合理選擇開(kāi)采方法和安排采掘設(shè)計(jì)及工藝進(jìn)度等。

5.結(jié)束語(yǔ)

顯然我國(guó)煤礦沖擊地壓理論體系還不夠健全，在此我們應(yīng)該做好以下兩個(gè)方面的工作：其一，不斷總結(jié)自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)查缺補(bǔ)漏，以健全煤礦沖擊地壓治理體系；其二，積極學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的治理經(jīng)驗(yàn)和理論，保證不斷創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)自身理論知識(shí)的健全。在此基礎(chǔ)上，才能夠不斷促進(jìn)我國(guó)煤礦沖擊打壓理論體系的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鞠文君，潘俊鋒. 我國(guó)煤礦沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J]. 煤礦開(kāi)采. 2012（06）

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[3] 潘俊鋒，寧宇，秦子晗，王書(shū)文，夏永學(xué). 基于沖擊啟動(dòng)理論的深孔區(qū)間爆破疏壓技術(shù)[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2012（07）