沖擊地壓機理和防治在煤炭開采中的研究

田本強,趙廣軒

（山東省臨沂市山東能源臨礦集團株柏煤礦生產科,山東 郯城 276111）

隨著世界各國的經濟不斷發展，所需求的資源數量越來越大，在最近十幾年里，煤炭資源的大量和深度開采會造成沖擊地壓等類型動力災害的發生，發生的頻率可以說越來越高，嚴重威脅著煤礦開采的安全問題。據相關資料的統計，2013年底，我國發生沖擊地壓的礦井已經達到154個，有將近60個礦井開采深度已經超過1000 m，其中一些煤礦企業受到了沖擊地壓的破壞，最終導致了重大傷亡事故的頻繁發生，造成多數人員受傷，甚至死亡。我國屬于煤礦開采大國，煤炭生產總量占世界的一半左右，加上我國煤炭地質條件的復雜性，我國的煤礦沖擊地壓問題尤為突出。因此，相關的單位和專家學者，非常關注和重視煤礦沖擊地壓的機理和防治等問題，我國的相關部門建立了一些比較科學化的研究計劃，主要研究動力災害的機理和防治，這也是重點研究煤礦沖擊地壓的重要原因。但是由于執行的過程中會遇到很多復雜的問題，不能充分的實現沖擊地壓的機理和防治研究，因此，相關部門和專業人員需要進行長時間的探索和實踐工作，同時這也是現在及未來面臨的重大挑戰和難題。

1 沖擊地壓發生機理與防治技術研究現狀及存在的問題

1.1 沖擊地壓地質構造條件及相互作用機制

礦井的地質特征、構造過程及區域應力環境等都是形成沖擊地壓的重要因素，有著直接和密切的關系，地質演化控制著每層的產狀、展布及厚度，并且會直接影響地質構造的賦存、應力或殘余應力場的分布。不同的地質運動會產生不同或多種地質構造，然而其中的特征具有一定的特殊性，在一定程度上會誘發礦井地質災害的發生，這是其中主要的條件和因素。另外，斷層和褶曲等一些的特殊地質構造是誘發沖擊地壓的主要地質因素，近幾年，國內外有很多的學者對煤礦沖擊地壓的發生進行了大量的研究和分析，其中的結果顯示，沖擊地壓的形成和斜軸部、構造變化及應力帶區域有著直接的關系。我國曾有多名相關專家和學姐指出，沖擊地壓的形成和斷層的不同類型具有一定的密切關系。其中2種類型的地質構造主要有增壓和減壓，增壓型地質構造會在很大程度上引起沖擊地壓的發生，相反，減壓型引起沖擊地壓的發生幾率幾乎為零，因此，詳細的了解相關地質構造的信息和知識是非常重要的。賦存形態和斷層的精確描述可以有效的探測引起沖擊地壓發生的內資因素和條件。探地雷達、TSP超前地質預報、三維地震勘探等技術是國內目前對地質構造探測的主要技術。我國的煤炭資源開采程度相對巨大，一些實際的問題和情況也顯而易見，針對煤炭深層地質構造特征研究的同時，要對煤層和空間結構及力學性質進行相關的探索和發現，并且要有針對性的建立一套完整的監測系統和綜合探測方法，從而有效的對礦物成分和細觀結構與沖擊傾向性的關系及模型描述，構建判別準冊。

1.2 煤礦沖擊地壓的發生機理

我國在全世界內一直都屬于煤炭資源大國，在開采的深度和總產量居世界第一位，針對這種情況而言，我國沖擊地壓的發生率也是最頻繁的，因此，研究沖擊地壓過程中動力穩定性問題是必要的，同時這也需要專業的理論知識及穩定性較強的實踐經驗，從而深入研究沖擊地壓的機理的相關問題。沖擊機理分為3種類型，一是物力學性質，對其進行深入的研究和分析，找出其中的破壞特點及因素，同時需要要利用一些非線性理論對沖擊失穩的過程進行探索；二是地質構造及局部變形的突出，根據地質弱面和媒體幾何的結構來研究沖擊地壓機理兩者之間存在某種關聯；三是擾動影響與沖擊地壓之間的關系。針對我國的煤炭資源開采來講，最近幾十年內處于大量開采的范圍內，其深度和擾動一直在不斷的快速增加，沖擊地壓機理多因素的特點越來越明顯。因此，應該根據煤巖體的裂隙開采能量的積聚與釋放機制、能量場的時空演化規律及動力災害演變能力作為最基本的出發點，基于失穩模型與判別標準和能量體系，利用分叉理論和動力學來研究破裂演化而誘發的沖擊地壓的整個過程，探索沖擊地壓災害機理與防治的有效途徑。

2 預警技術與防治方法

2.1 預警技術

隨著我國經濟的發展，我國的科學技術屬于突飛猛進的階段，各種現代科學技術不斷的被推廣和應用，幾幾年內，我國針對沖擊地壓預警技術方面也取得了較大的突破和進展，同時我國在全世界的范圍內大量的引入高新技術的監測設備，對沖擊地壓的監測預警發揮著相當巨大的作用。我國目前煤礦監測預警沖擊地壓的主要方法有礦壓觀測法、鉆屑法、頂板動態儀、鉆孔應力測量法、電磁輻射法、地震CT技術及電荷感應監測技術等等。以上這些方法和技術能夠有效的對沖擊地壓進行監測和預警，但是由于沖擊地壓機理的復雜性，不同監測系統的監測原理、對象、精度、范圍也不同，因此，從前兆信息中判別得出準確的預警結果扔然有很長的路要走，這也是我國現在及未來面臨的重要挑戰和難題。

2.2 綜合防治方法

沖擊地壓的綜合防治技術主要有三個方面，首先是針對性的對防治方法進行優化設計，降低沖擊地壓的發生幾率；其次要對沖擊危險區域有一個基本的了解和掌握，避免高應力集中和改善煤巖體介質性質以減弱積聚彈性能的能力；最后要根據實際情況和條件以及現場環境進行支護方法的選擇，增大支護強度和支護方式，進行相關的改善工作，從而有效的提高支護抵抗沖擊的能力，屬于被動防護。針對一些開采技術，同樣需要進行一些優化，從源頭上消除和降低應力高度的集中，這是一種有效降低沖擊地壓危險現象發生的一類方法。

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