深井煤礦沖擊地壓及防治措施機理研究

趙西坡 劉引召

摘要：沖擊地壓是采掘空洞圍巖積聚的彈性勢能的突然釋放，常導致圍巖拋射、工程結構破壞，甚至人員傷亡。在較強的應力作用下伴隨沖擊波及震動，也稱為煤爆。礦井沖擊地壓發生有明顯特征，需要及時進行防護措施。鑒于此，本文分析探討了深井煤礦沖擊地壓及防治措施機理，以供參閱。

關鍵詞：深井煤礦；沖擊地壓；防治措施

隨著開采深度的加深，深井煤礦開采中的沖擊地壓現象出現次數增多。沖擊地壓是指在一定條件下，由于煤巖的動力釋放現象，在巷道或工作面周圍產生的高彈應力，由于彈性能量瞬間的釋放從而對礦井造成極大的破壞，其往往伴隨巨響，拋起煤巖，對開采空間和配套開采設備造成極大破壞，導致礦井部分坍塌，從而在深井表面造成局部地震。

1礦井發生沖擊地壓時的特點

（1）危險性。沖擊地壓根據破壞程度可分為三類：①輕型，采掘設備輕度破壞，可不停產同時維修設備；②中型，采掘設備損壞嚴重，支護構建完全破壞，必須中斷生產；③重型，工程結構完全破壞，需更換新的支架，并影響到其他工程結構。（2）普遍性。自然條件下，沖擊地壓發生在除褐煤以外其他所有煤種。地質構造上，煤層薄厚、地質條件簡單復雜、傾角大小和煤層開采深度大小都會發生沖擊地壓。生產技術條件上，長壁式采煤法等大量開采工藝都出現過沖擊地壓。（3）多樣性。沖擊地壓表現的現象都有深部沖擊、淺部沖擊和煤爆等。深部沖擊出現在煤層深部，聲音沉悶；淺部沖擊出現在煤層淺部煤壁6m以內；煤爆表現為煤壁破裂并拋射出小塊煤體。（4）突發性。無預兆且時間短暫，一般幾十秒以內。

2沖擊地壓防治措施

目前，我國礦井的沖擊地壓防治措施主要包括：鉆孔卸壓技術、爆破卸壓技術、煤層注水技術、SOS微震監測和支架載荷監測。（1）鉆孔卸壓技術。當煤礦在高地應力環境下回采時，通過向煤層及頂底板鉆孔的方式，破壞鉆孔附近的煤巖體，釋放煤層及頂板內所積聚的彈性勢能。同時，鉆孔還可以將巖體內的高應力進行轉移，降低沖擊地壓的危險性。在井下進行鉆孔作業時，要根據實際情況選擇相適應的鉆機，按照規定進行打孔，鉆孔呈單排分布，控制孔深到頂底板的有效距離，既達到了卸壓要求，由能保證鉆孔作業安全。（2）爆破卸壓技術。爆破卸壓技術就是在高應力煤層中進行定點爆破，當煤層中的彈性勢能還不高的情況下，提前誘發沖擊。卸壓爆破后還會使煤層內產生大量的裂隙，改變了附近的力學結構，降低了附近煤體的彈性能量和彈性強度。爆破卸壓后，可以通過鉆屑法進行檢測，判斷卸壓是否達到要求。（3）煤層注水技術。煤層注水技術是一種有效的沖擊地壓防止措施，由于煤層本身就存在一定的透水性和孔隙，對煤層進行注水后，改變了煤層的結構和物理性質，降低了煤層的強度和繼續彈性勢能的能力，增加煤層附近塑性區范圍，同時還能起到工作面降塵的效果。（4）SOS微震監測。SOS監測系統由井上、井下監測硬件和后處理軟件構成，通過之間的相互配合，監測井下動壓情況。當井下的煤巖體受到采動影響之后，會釋放一定的能量，即煤巖體在破壞的過程中通過較低頻率（f<90Hz）振動波釋放能量所造成的震動效應?，F場應用結果表明，SOS微震監測系統可以對8km范圍內的危險源進行監測。微震監測法的主要優點有：監測范圍廣，且定位精度較高；實時監測，節約了相應的人力物力。主要缺點是前期投資較大，監測點的布置受開采位置影響較大。（5）支架載荷監測。隨著科學技術的發展，互聯網技術在煤礦開采領域的應用越來越廣泛，研發出一套液壓支架載荷自動監測系統，實時了解液壓支架的受力情況，并繪制支架受力曲線圖，當受力出現異常時，則沖擊地壓發生的概率較大，應提前采取措施，避免造成沖擊地壓事故。（6）合理部署開采。井下開采尤其是深井開采中，新工作面或新區段要注意優化開采順序，避免形成多側采空區煤柱再回收。合理有效地將回風平巷建設成沿空掘巷，若回風平巷滿足不了生產需求時，應在煤體邊緣掘進新巷，不能在應力集中峰值的位置進行補掘。采煤時多采首煤層和上部煤層，盡量不留或少留煤柱。沒進行相應的技術措施前，不能在壓力峰值區域開掘巷道或在同組煤層底部開掘巷道。在深井開采中，上下山開采多用跨采并布置巖石上下山，避免留設采空煤柱，而且兩側同時開采是沖擊地壓易產生的重要應力條件。柱式體系開采法尤其是房柱式回收煤柱，是深井開采不宜使用的開采方法。（7）減少作業空間的應力集中。一些具體的措施可以減少沖擊地壓對工作環境及設施的破壞，如加強工作面以增加開采強度，減少重操作部分和采取可折疊支撐設備以提高支撐應力集中系數，同時加強控制周圍巖層的變形并降低巖爆，以使底板巷道破壞速度減慢。嚴格檢測安全措施，實施高標準技術規格，以防止在爆破時引發出沖擊地壓，產生巖爆。

3沖擊地壓的防治機理研究

沖擊地壓的防治問題是巖石力學研究的內容，這是國內外許多科研人員的重要工作，特別是沖擊地壓的形成過程，是近幾十年眾多科學家研究的焦點性問題。從20世紀80年代開始，國內外的專家們將目標轉向了生產實踐。通過多年的努力，我國在沖擊地壓有限部分的數值模擬、非線性沖擊的控制機制、綜合預防和控制深孔爆破的方法措施等領域取得重大發展，結合煤巖破裂應力測試、分析有限部分回聲發射技術及微震監測系統等國際頂尖技術，我國對沖擊地壓的控制研究與應用已有了長足發展。我國對沖擊地壓的防治機理一是優化采礦技術進行，運用先進的采礦技術，盡量避免沖擊地亞的發生；二是對已經發生的沖擊地壓破壞的地區進行整改，改變巖層的物理性質，加大彈性，減少沖擊；三是加大支護力量強度，進而提高支護體抵抗沖擊的能力。

4結束語

防治沖擊地壓產生的根本措施是改變產生沖擊地壓的條件，然而由于礦井煤巖復雜的地質構造和生產技術條件的限制，我們還無法準確預測沖擊地壓發生的時間地點，因此總會出現發生沖擊地壓的危險區域。所以，解除沖擊地壓危險的措施和防護措施尤為重要。

參考文獻：

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（作者單位：兗州煤業股份有限公司南屯煤礦）