動靜載作用下沖擊地壓啟動條件及防治技術

劉凱 劉超

摘 要：煤礦產業的發展帶動了采礦技術水平的提高，為了提高礦產量，保障煤礦產區和礦井工作人員的安全，需要對采礦區可能出現的災害現象進行預防。如采礦時的沖擊地壓等現象，這種現象會導致極其嚴重的礦區損失。文章立足于從動靜載作用的角度出發，探討沖擊低壓發生的背景及其發生的啟動條件，通過對其進行深入分析，以期獲得預防沖擊地壓的有效防治技術，為之后的礦區安全生產提供一定的參考性。

關鍵詞：動靜載作用；沖擊地壓；啟動條件；防治技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.191

1 前言

沖擊地壓是礦區、礦井中存在的一種普遍的災害現象，沖擊低壓發生時，表現為采礦作業時，煤層巖石發生彈射、爆裂，由此產生的爆炸帶來的巨浪和巨響會帶來礦井坍塌，將會嚴重威脅到礦區的安全。因此，探討如何預防沖擊地壓對于保障礦區產量和礦區工人安全都具有重要意義。目前在礦區，對于沖擊地壓的預防大多遵循傳統的監測手段和防治手段，但這種較為盲目的手段容易增加預防成本。要解決上述問題，關鍵還是要科學合理有針對性的進行防治。

2 動靜載作用下沖擊地壓的啟動條件

分析沖擊地壓的發生原理，要從兩個方面來思考，一方面是從系統內靜載荷來考慮煤層的壓縮彈性能和彎曲彈性能，另一方面是從系統外動載荷來考慮礦區爆裂瞬間的壓縮彈性能。

2.1 沖擊地壓的能量來源

沖擊地壓可以分為靜載沖擊地壓和動載沖擊地壓。靜載沖擊地壓的能量來源為煤層圍巖的近場系統內靜載荷，沖擊地壓發生的臨界值會在靜載作用的緩慢作用下逐漸達到，最后在外界擾動下發生。動載沖擊地壓能量來源包括系統內的靜載荷也包括系統外動載荷[1]。動載沖擊地壓會在外界的強烈作用下瞬間釋放，從而誘發煤巖體的壓力爆發。

2.2 沖擊地壓的啟動條件

根據之前發生的大量沖擊地壓的實際案例來進行分析，我們可以發現，沖擊地壓的形成既受到來自系統內靜載作用的影響，也受到了系統外動載的作用。在沖擊地壓發生的瞬間，煤層的巖體會急劇大量的噴射而出，對基巖造成嚴重的破壞。但在這種嚴重的破壞過程中，沖擊源并不一定在巖層的爆炸區附近。根據過往的數據現實，這種能量源通常遠離沖擊破壞的位置，因此，煤層失去穩定性的原因還在于動載作用帶來的能量破壞效果[2]。另一方面，隨著距離的增加，動載作用會增強，而能量源所處的位置通常處于震源附近的自由面上。比如壓力較大的構造區和煤柱壓力區。這些都表明，在沖擊地壓發生之前，該爆炸區域的煤層所受到的壓力狀態才是影響沖擊地壓的根本因素。

2.3 不同巖層的沖擊地壓發生情況

根據煤巖層的結構和巖體的自身性質，可以將煤巖系統分為三種不同的情況，具體包括以下三種。第一，穩定平衡的巖層系統。在這種煤巖系統之內，靜載荷的數量值比較小，從其結構來看，該處巖層也處于比較穩定的平衡狀態，即便有動載荷的參與也難以啟動沖擊地壓。第二種，靜態的平衡的巖層系統。這種系統自身的靜載荷較大，僅靠自身壓力，難以產生足量的沖擊地壓力量。但在強烈動載的沖擊下，該巖層可以瞬間達到沖擊地壓產生所需的壓力水平，并同時釋放大量的能量，造成頂層斷裂型的沖擊地壓活動。第三種，極限的平衡的巖層系統。在這種系統內部，自身所具有的靜載荷足夠大，沖擊地壓啟動所需要的能量可以通過積累緩慢的達到，這時，巖層的平衡狀態趨近臨界點。當外界的環境發生輕微的變化時，都可能破壞這種平衡狀態，誘發沖擊地壓。極高的壓力作用的壓縮型的沖擊地壓一般來說就屬于這種情況。

3 沖擊地壓的防治技術

沖擊地壓一旦發生，其帶來的破壞程度十分嚴重。因此科學合理的防治沖擊地壓十分重要。防治沖擊地壓要從其發生時的區域的特征和發生時所表現出來的特征來分析，根據其表現出來的不同特點，采取有針對性的防治措施。

3.1 靜載沖擊地壓的防治技術

靜載作用影響下的沖擊地壓，所表現出來的特點包括，煤巖體在處于極限平衡的狀態下，外界的輕微擾動誘發煤巖體的失衡，這種受力失衡容易導致巖體受到壓力而爆發破壞性的爆炸。即如果煤層具有較好的結構環境，比如煤層的硬度較大，完整性較好，那么煤層就容易發生沖擊地壓。在這種條件下，對煤層的性質進行改變，使煤層不具備儲存彈性能的能力，將有助于降低沖擊的危險性。因為煤層所接受到的壓力將難以集中到一個區域，或者將煤層所受到的壓力轉移到媒體的深部，這就能增加煤層受到壓力的緩沖區域。因而對于消除沖擊地壓所帶來的威脅具有極為明顯的作用。具體來說，包括向煤層注水和對煤層采取卸壓爆破的方法，這樣可以煤層深部區域的局部區域產生裂隙，能有效降低煤層的靜載。

3.2 動載沖擊地壓的防治技術

動載沖擊地壓所造成的礦區坍塌表現為煤層巖體所承受的壓力在瞬間突破其臨界點，并爆發出來，形成強烈的破壞作用。具體來說，在動載沖擊地壓的作用下，沖擊地壓會造成巖層頂板大面積區域的斷裂和坍塌，這種現象表現為動載起主導作用的沖擊地壓的頂板活動。這種活動發生的原因是，處于準靜態平衡狀態的煤層巖體會在頂板活動的情況下突破巖體的極限平衡狀態，釋放出大量的能量，這種能量會破壞煤層巖體的結構。為了防止這種類型的沖擊地壓，首先應當降低煤層巖體靜載。除了降低煤層巖體的靜載，還可以弱化煤層巖體的沖擊動載，降低煤層頂板巖所聚集的能量。即通過弱化頂板來降低煤體頂板巖層的能量聚積，促進煤層頂板壓力的釋放。緩解這種頂板壓力的方法包括以下幾種，即采用如使頂層斷裂的爆破手段和水壓致裂等方式。這些措施能有效的緩解動載沖擊地壓。

4 結束語

煤礦采礦區的安全日益受到了人們的重視，礦區的安全涉及到了國家的財產安全和人民的生命安全，需要不斷提高礦區的安全技術水平。而對于礦區沖擊地壓這種重大災害現象，需要對其加以研究防治。文章基于沖擊低壓發生的原理，從動載和靜載兩個方面來對沖擊低壓發生的情況進行分析，洞察這種災害現象的啟動條件，并根據其爆發的原因來分析對沖擊地壓的防治技術。文章中的方法對于推動礦區災害預防有著積極的作用。

參考文獻：

[1]尤小明.動靜載疊加擾動對巷道圍巖的沖擊破壞[J].金屬礦山，2017（06）：56-60.

[2]李振雷.厚煤層綜放開采的降載減沖原理及其工程實踐[D].中國礦業大學，2016.