礦山壓力分布及防治技術研究

安彥成

摘 要：礦山壓力的防治作為采礦工業技術的一個重要組成部分，有它的具體內容和范圍。與采礦方法、空區處理、井巷掘進、礦山支護、充填工藝、邊坡穩定及礦山地質有密切的聯系。基于此，本文詳細的闡述了礦山壓力的分布及其防治技術。

關鍵詞：礦山壓力;分布規律;防治措施

通過對井下上覆巖層的移動規律進行分析研究，在采煤工作面出現彎曲破壞和剪切破壞時，圍巖的支承壓力重新分布，致使上覆巖層出現初次來壓和周期性來壓的現象。基于我礦30102運輸順槽的來壓方式和特點，提出相對應的防治措施，主要采用大直徑鉆孔卸壓的方式和巷道底板卸壓的方式卸壓，進而為煤礦企業創造良好的社會、經濟效益。

一、礦山壓力概述

礦山壓力指地下巖體在采動前，由于自重的作用在其內部引起的應力，通常稱為原巖應力，因開采前的巖體處于靜止狀態，所以原巖體是處于應力平衡狀態，當開掘巷道或進行回采工作時，破壞了原來的應力平衡狀態，引起巖體內部應力的重新分布，重新分布的應力超過煤巖的極限強度時，使巷道和回采工作面周圍的煤巖發生破壞，這種情況將持續到煤巖內部重新達到新的應力平衡為止。另外，在礦山壓力作用下所引起的一系列力學現象，如頂板下沉和垮落、底板鼓起、片幫、支架變形和損壞、充填物下沉壓縮、巖層和地表移動、露天礦邊坡滑移、沖擊地壓、水與瓦斯突出等，均稱之為礦山壓力顯現。

二、上覆巖層破壞形式

采煤工作面在采動過程中，因煤巖體的采出，壓力重新分布，采動后作用于巖層邊界或存在于巖層中，使圍巖向已采空間運動的力，即采動后促使圍巖運動的力稱為“礦山壓力”。礦山壓力隨著采煤工作面的不斷推進而不斷變化，且受暴露的巖層面積、厚度及壓力傳遞情況的影響。井下巷道及采煤工作面支架受力分布也是圍巖運動的結果，受力的性質、大小和變化與上覆巖層運動密不可分，因此通過研究上覆巖層的破壞形式，進而分析探討上覆巖層在采煤工作面推進方向上的運動發展規律。

當上覆巖層變形直至完全破壞時，有彎曲破壞和剪切破壞兩種破壞形式。彎曲破壞為：①隨著采煤工作面的推進，上覆巖層暴露出來;②上覆巖層在重力作用下發生彎曲變形，當巷道內覆巖層的懸露跨度達到一定量時覆巖彎曲下降，煤壁端部有一定的界限和裂紋，形成中間裂紋;③當沉降值超過假塑性巖梁所能承受的沉降值時，覆巖層會自行垮落。

上覆巖層剪切破壞的發展過程：①在巖層懸露后產生較小的彎曲變形，且懸垂巖石的末端破裂;②在巖層中部沒有開裂或開裂程度小的情況下，突發性地發生整體切斷垮落的現象。此時，剪應力超過上覆圍巖的限度，從而發生剪切現象。

三、上覆巖層分布規律

在采煤工作面，由于上覆巖層壓力大小不同及支承條件不同，可將上覆巖層來壓運動的發展過程分為初次運動階段和周期性運動階段。

“初次運動階段”是指采煤工作面的礦山壓力來壓顯現影響到一兩個巖梁初次發生斷裂運動到結束的階段，這對采煤工作面的壓力有明顯的影響。因任何巖層初次來壓步距要比正常情況下大，因此，初次來壓運動面積較為廣泛，強度較高，且伴有動壓沖擊。在控制巖層運動和礦壓顯現時，要注意動壓的沖擊，以保證采煤工作面在初次來壓期間的安全。

“周期性運動階段”是指從巖層初始移動到采煤工作面回采結束，頂板巖層按一定的運動周期規律斷裂的階段。在這一發展階段，巖層的約束發生了根本性的變化，直接頂巖是采煤工作面一端固定的懸臂梁，頂層各巖梁均由煤壁一端支承，另一端為采空區矸石支承的不等高傳遞巖梁。此時，運動來壓步距遠小于初次來壓步距。

采煤工作面巖層周期運動引起的礦壓行為稱為“回采工作面上的周期性來壓”。在此階段，巖層的完整性比初次運動前差，且運動步距相對較小。因此，當兩種運動間的壓力強度差異較大時，不但要盡量加大推進方向的距離，還必須單獨考慮支架的選型和設計。

四、礦壓規律分析

通過對圓圖自記儀、頂板動態儀每天的數據進行分析，并結合現場觀測情況進行分析，得出頂板變化量隨推進量變化圖。根據圓圖自記儀，工作面共布置9個測點，9個圓圖自記儀支架工作阻力均達到或接近40 MPa。并且30102運輸順槽初壓步距為32m～39m，周壓步距為19m。

五、防治措施

采用大直徑鉆孔卸壓的方式和巷道底板卸壓的方式卸壓。基于對30102運輸順槽靜態沖擊危險區和回采期間工作面前方動態沖擊危險區的分析，設計超前工作面300m對工作面煤體實施大直徑鉆孔卸壓。對有沖擊地壓危險的煤體實施大直徑鉆孔后，巷道一定深度的圍巖因發生結構性破壞而形成一個弱化帶，使高應力向圍巖深部轉移，從而使巷道處于低應力區。當煤體應力較高時，大直徑鉆孔能為周圍煤體破碎提供位移空間，從而釋放應力。

大直徑鉆孔參數主要包括鉆孔深度、孔間距、孔口高度和鉆孔直徑。考慮煤層厚度、沖擊危險程度及施工方便，設計鉆孔孔口距離底板1.0m～1.5m，孔徑空110mm，孔深22m;孔間距一般危險區內不超過3m，中度危險區內不超過2m，高度危險區內不超過1m。

因過斷層影響及兩順槽門口至停采線為頂板掘進，30102運輸順槽有6處巷道留底煤厚度超過1m。因煤層產狀穩定，連續性、穩定性較好，屬于脆硬底煤，易在積蓄大量彈性能后突然沖出，造成動力災害。斷底卸壓是治理該類沖擊地壓的有效措施。而“斷底卸壓”是指在巷道內向底板煤體施工鉆孔或對底板煤體實施爆破，破壞底煤的整體性，從而避免底煤沖擊。

六、結語

隨著煤炭開采的不斷延深，“三高一擾”問題突出，同時綜放、綜采和綜掘技術也在迅猛發展，煤塵、瓦斯、沖擊地壓、煤與瓦斯突出、地溫等自然災害危害程度也不斷升級，災害事故越來越嚴重，特別是沖擊地壓災害，嚴重威脅著工人的生命安全和礦井的安全生產。實踐證明，大多數礦井的沖擊地壓災害與其井下巖層移動和移動后的應力重新分布緊密相連。沖擊地壓的本質是在一定的采動條件下，巖層的運移和產生破壞的結果。因此，清楚認識礦山壓力及巖層運動的規律，制訂正確的控制措施，并基于煤礦沖擊地壓的現狀，提出不同程度下的沖擊地壓防治措施。

參考文獻

[1]譚云亮.礦山壓力與巖層控制[M].北京：煤炭工業出版社，2015.

[2]蔣金泉.深井高應力難采煤層上行卸壓開采的研究與實踐[J].煤炭學報，2014，29（01）：l-6.

[3]潘立友.沖擊地壓預測與防治實用技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2014.