淺析煤礦沖擊地壓的有效防治與分析

張盛楠

摘要：煤礦開采環(huán)境惡劣，存在一定危險(xiǎn)，而深井開采中沖擊地壓帶來的災(zāi)害往往是最嚴(yán)重的。沖擊地壓礦井開采如何保障作業(yè)人員安全，確保開采順利進(jìn)行，是一個(gè)不可避免的課題。本文主要分析產(chǎn)生沖擊地壓的因素，研討防治沖擊地壓的辦法。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)生因素;沖擊地壓;有效防治

煤礦沖擊地壓是指煤礦井巷或工作面周圍煤（巖）體由于彈性變形能的瞬間釋放而產(chǎn)生的突然、劇烈破壞的動(dòng)力現(xiàn)象，常伴有煤（巖）體瞬間位移、拋出、巨響及氣浪等。與其他開采過程中出現(xiàn)的災(zāi)害相比，沖擊地壓具有更大的破壞性和危險(xiǎn)性，并且為沒有明顯的災(zāi)害預(yù)兆，具有突發(fā)性和偶然性。對(duì)沖擊地壓產(chǎn)生的原因分析就顯得尤為重要，提出有效的預(yù)防措施也同樣變得極具現(xiàn)實(shí)意義。

1、煤礦沖擊地壓產(chǎn)生的原因

1.1 煤礦地質(zhì)因素。

（1）開采深度。現(xiàn)有研究表明，造成了地下煤礦沖擊地壓的主要發(fā)生在高地應(yīng)力付村環(huán)境下。這主要是因?yàn)樵诟叩貞?yīng)力作用下煤礦層會(huì)發(fā)生較大的壓縮變形，進(jìn)而積累了較大的彈性能量，當(dāng)煤炭開挖時(shí)由于開挖卸荷作用就會(huì)導(dǎo)致煤炭?jī)?nèi)積累的彈性能量在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出來。目前學(xué)術(shù)界公認(rèn)為，當(dāng)埋深在低于350米時(shí)，屬于淺埋地應(yīng)力較小，發(fā)生煤礦沖擊地壓的概率較小。當(dāng)埋深大于350米時(shí)。煤礦沖擊地壓發(fā)生的概率會(huì)隨著地應(yīng)力的急劇增加而急劇增加，埋深越大發(fā)生的概率越大。

（2）煤巖層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。煤礦沖擊地壓往往會(huì)發(fā)生在硬頂—硬煤—硬底和硬頂—薄軟層—煤層的煤層當(dāng)中，這主要是這兩種煤層結(jié)構(gòu)由于其自身特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)會(huì)很容易引發(fā)可冒性和沖擊危險(xiǎn)性，存在較大的煤礦沖擊地壓的潛在可能性。

1.2 開采技術(shù)因素。

由于開采技術(shù)的影響因素也是造成煤礦沖擊地壓。開采技術(shù)造成的煤礦沖擊地壓的主要有以下兩種表現(xiàn)形式：首先由于開采技術(shù)不當(dāng)造成開采區(qū)域煤礦發(fā)生了較大的應(yīng)力積聚，形成較大的應(yīng)力集中;其次由于開挖造成了地應(yīng)力的瞬間釋放，誘發(fā)了煤礦沖擊地壓。對(duì)于這兩種表現(xiàn)形式都會(huì)增加和誘發(fā)煤礦沖擊地壓發(fā)生。

1.3 組織管理因素。

煤礦的開采離不開組織嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)高效的管理系統(tǒng)。同樣的由于組織管理不夠嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)就會(huì)造成煤礦沖擊地壓發(fā)生。通過對(duì)目前我國發(fā)生的眾多的煤礦沖擊地壓事故進(jìn)行對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)均或多或少的存在著組織管理松散的情況發(fā)生，造成煤礦開采出現(xiàn)不合理的問題頻發(fā)。例如，對(duì)于煤礦開采而言，當(dāng)開采掌子面接近已有的采空區(qū)域一定范圍內(nèi)時(shí)就會(huì)急劇增加沖擊地壓的發(fā)生概率。一般情況下，當(dāng)這個(gè)距離在30米時(shí)就應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的管理措施，來避免事故的發(fā)生。

2、煤礦沖擊地壓的有效防治技術(shù)分析

（1）鉆孔卸壓技術(shù)。

當(dāng)煤礦在高地應(yīng)力環(huán)境下回采時(shí)，通過向煤層及頂?shù)装邈@孔的方式，破壞鉆孔附近的煤巖體，釋放煤層及頂板內(nèi)所積聚的彈性勢(shì)能。同時(shí)，鉆孔還可以將巖體內(nèi)的高應(yīng)力進(jìn)行轉(zhuǎn)移，降低沖擊地壓的危險(xiǎn)性。在井下進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況選擇相適應(yīng)的鉆機(jī)，按照規(guī)定進(jìn)行打孔，鉆孔呈單排分布，控制孔深到頂?shù)装宓挠行Ь嚯x，既達(dá)到了卸壓要求，由能保證鉆孔作業(yè)安全。

（2）爆破卸壓技術(shù)。

爆破卸壓技術(shù)就是在高應(yīng)力煤層中進(jìn)行定點(diǎn)爆破，當(dāng)煤層中的彈性勢(shì)能還不高的情況下，提前誘發(fā)沖擊。卸壓爆破后還會(huì)使煤層內(nèi)產(chǎn)生大量的裂隙，改變了附近的力學(xué)結(jié)構(gòu)，降低了附近煤體的彈性能量和彈性強(qiáng)度。爆破卸壓后，可以通過鉆屑法進(jìn)行檢測(cè)，判斷卸壓是否達(dá)到要求。

（3）煤層注水技術(shù)。

煤層注水技術(shù)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(duì)煤層進(jìn)行注水后，改變了煤層的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，降低了煤層的強(qiáng)度和繼續(xù)彈性勢(shì)能的能力，增加煤層附近塑性區(qū)范圍，同時(shí)還能起到工作面降塵的效果。

（4）SOS微震監(jiān)測(cè)。

SOS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由井上、井下監(jiān)測(cè)硬件和后處理軟件構(gòu)成，通過之間的相互配合，監(jiān)測(cè)井下動(dòng)壓情況。當(dāng)井下的煤巖體受到采動(dòng)影響之后，會(huì)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(dòng)波釋放能量所造成的震動(dòng)效應(yīng)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，SOS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)8km范圍內(nèi)的危險(xiǎn)源進(jìn)行監(jiān)測(cè)。微震監(jiān)測(cè)法的主要優(yōu)點(diǎn)有：監(jiān)測(cè)范圍廣，且定位精度較高;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，節(jié)約了相應(yīng)的人力物力。主要缺點(diǎn)是前期投資較大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置受開采位置影響較大。

（5）支架載荷監(jiān)測(cè)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦開采領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，研發(fā)出一套液壓支架載荷自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)了解液壓支架的受力情況，并繪制支架受力曲線圖，當(dāng)受力出現(xiàn)異常時(shí)，則沖擊地壓發(fā)生的概率較大，應(yīng)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(qū)段要注意優(yōu)化開采順序，避免形成多側(cè)采空區(qū)煤柱再回收。合理有效地將回風(fēng)平巷建設(shè)成沿空掘巷，若回風(fēng)平巷滿足不了生產(chǎn)需求時(shí)，應(yīng)在煤體邊緣掘進(jìn)新巷，不能在應(yīng)力集中峰值的位置進(jìn)行補(bǔ)掘。采煤時(shí)多采首煤層和上部煤層，盡量不留或少留煤柱。沒進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)措施前，不能在壓力峰值區(qū)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(shè)采空煤柱，而且兩側(cè)同時(shí)開采是沖擊地壓易產(chǎn)生的重要應(yīng)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(yè)空間的應(yīng)力集中。

一些具體的措施可以減少?zèng)_擊地壓對(duì)工作環(huán)境及設(shè)施的破壞，如加強(qiáng)工作面以增加開采強(qiáng)度，減少重操作部分和采取可折疊支撐設(shè)備以提高支撐應(yīng)力集中系數(shù)，同時(shí)加強(qiáng)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(yán)格檢測(cè)安全措施，實(shí)施高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)格，以防止在爆破時(shí)引發(fā)出沖擊地壓，產(chǎn)生巖爆。

3 結(jié)束語

通過本文的論述，我們可以發(fā)現(xiàn)煤礦沖擊地壓是一個(gè)十分復(fù)雜的力學(xué)現(xiàn)象，具有眾多的影響因素，對(duì)煤礦開采具有十分重大的破壞作用。通過大量的實(shí)踐研究表明，煤層注水技術(shù)/卸壓爆破技術(shù)以及鉆孔卸壓技術(shù)都能夠很好的緩解或消除煤礦沖擊地壓的影響。

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