淺談深部煤層沖擊地壓的防治措施

賀保雄

摘要：我國淺部煤層已經逐漸枯竭，煤礦開采水平逐步將深部發展。隨著對深煤層的開采，面臨的沖擊地壓問題將更加突出，對深部開采沖擊地壓的預防、治理措施的需求愈加緊迫。因此，本文從理論角度詳細分析了目前我國煤礦沖擊地壓的防治措施。

關鍵詞：開采水平；沖擊地壓；防治措施

沖擊地壓是一個世界性的重大難題，涉及面廣、災害嚴重，無論是發達國家還是發展中國家都是必須面臨的問題，如發達國家中的美國、德國、法國、日本等，發展中國家如：中國、南非，等都發生過沖擊地壓災害，造成井毀人亡的慘劇[1]。例如，上世紀60年代南非Coalblocknorth煤礦發生的一次沖擊地壓，造成死亡437人的慘劇，井下破壞面積達3km2的慘烈事故[2]。2011年11月3日晚，我國河南義馬市千秋煤礦發生沖擊地壓事故造成10人死亡，多人受傷[3]。2013年1月12日，阜新礦務局五龍煤礦發生沖擊地壓，造成8人死亡等等一系列災害事故，引起了國內外學者廣泛的關注和系統的研究。

1、沖擊地壓的特征

沖擊地壓（又稱沖擊礦壓）是煤巖體所承受的壓力超過自身的強度極限，受到人為擾動后，積聚在煤炭體中的大量彈性能瞬間釋放，將事故點附近的煤巖迅速拋出，并伴有刺耳的聲響，沖擊地壓的發生會造成巷道結構、支柱設備的破壞以及從業人員的傷亡[4]。沖擊地壓事故還可能誘發瓦斯、煤塵爆炸以及礦井火災等事故的發生。沖擊地壓發生時的特征主要有：

1）突發性。沖擊地壓事故發生前的煤巖變化微弱，征兆工作難度較大。2）產生巨大聲響。沖擊地壓事故發生時，會產生劇烈刺耳的聲響。3）沖擊性。積聚在煤巖體中的彈性能大量釋放的同時，會產生劇烈的沖擊波，并且沖擊波的危險性較強。4）產生強烈振動。事故發生時會引起事故點周圍的煤巖體產生強烈振動，甚至出現人員被彈起摔倒，設備被彈起、推移。5）伴隨煤體移動。根據事故現場數據觀測可知，沖擊地壓事故發生時巷道端幫的煤體會發生推移，并在頂底板留有擦痕。

2. 沖擊地壓的預測方法

目前，對于沖擊地壓的預測主要從沖擊傾向性以及利用現場監測手段對沖擊危險性進行預測。現階段對于沖擊地壓的預測手段主要有：頂板動態監測法、鉆屑法、微震法、電磁輻射法等。由于篇幅限制，本文主要對頂板動態法和鉆屑法進行詳述。

1）頂板動態監測法。沖擊地壓事故發生前會出現煤層頂板斷裂聲響，煤層向已經回采完畢的空間產生微小運動，并伴隨劇烈聲響；煤層頂板下沉量較大，巷道兩側煤幫移近量加大；在向煤層大鉆時，可能出現卡鉆現象，巷道支護物結構出現受損；井下采煤空間附近的頂板壓力劇增。

2）鉆屑法。鉆屑法是指通過向煤層大鉆，鉆孔直徑在42～50mm之間。通過觀察鉆孔在不同深度時排出的煤層鉆屑量及其變化情況，分析煤粉噴出規律，確定煤巖體中的礦壓分布情況。

通過在鉆粉率法是在高應力帶，打鉆孔時取出的煤粉量V1與正常的排粉量V2之比，作為沖擊傾向變化的指標，也稱鉆粉率指數K。它也可用煤量體積比或重量比表示：

（1）

重慶天池煤礦鉆粉率用體積比表示，其界限為：K=1.5～2.0，有弱沖擊危險；K>2.0，有較大沖擊危險。在高應力帶鉆孔時，如發現鉆粉量增大、有爆破聲響、震動、卡鉆和鉆桿受沖擊等現象，就可判斷該區域發生沖擊的地點和時間。

3、沖擊地壓的防治措施

沖擊地壓的防治措施分為兩大類，一類是區域性描施，另一類為局部性措施。

3.1區域性防治措施。合理的開拓部署與正確的開采方法對于避免形成高應力區（沖擊源）、防止沖擊地壓極為重要。國內外大量實踐證明：許多沖擊地壓是在不合理的開采技術條件下造成的。因此，就防治沖擊地壓而言，開采技術措施是帶有根本性和先導性的指施，應當首先采用。

1） 開采保護層。開采煤層群時，為了降低潛在危險層的應力，首先應當開采保護層。當全部煤層都是危險層時，應先開采危險性最小的煤層。當危險層的頂底板都賦存有保護層時，建議先開采頂板保護層。2）避免形成孤立煤柱。劃分井田和采區時，應保證有計劃的合理開采，避免形成應力集中的孤立煤柱和不規則的井巷幾何形狀。3）頂板管理方法。對于具有沖擊危險的煤層，應盡量采用長壁式開采，全部冒落法管理頂板。4）巷道布置原則。開采有沖擊危險的煤層時，應盡量將主要巷道和硐室布置在底板中。5）開采程序。當有斷層和采空區時，應盡量采取由斷層或采空區開始的開采程序。此外，還要避免相向采煤；回采線應盡量成直線，且有規律地按正確的推進速度開采，一般推進速度不宜過大。6）煤層預注水。煤層預注水的目的主要是降低煤體的彈性性質和煤體的強度。相似材料模擬試驗結果表明：煤體注水后，支承壓力的分布要發生變化，峰值降低，峰值位置至煤壁的距離增加。煤層預注水通常是以小流量和盡可能低的壓力向煤體長時間注水。注水可在預先掘好的巷道內進行，超前注水距離不應小于20m。7）頂板預注水頂板預注水的作用主要有兩點：一是降低頂板的強度，使原來不易冒落的堅硬頂板在采空區冒落，轉化成隨采隨冒的頂板，從而達到降低煤體應力的目的；二是頂板注水后，本身的彈性性質減弱，因而減少了頂板內的彈性潛能，頂板注水后，煤體的支承壓力高峰也要向深部轉移。

3.2局部性防治措施。1）卸載鉆孔。卸載鉆孔就是在具有沖擊危險的煤體內鉆直徑100mm左右的鉆孔。鉆孔后，鉆孔周圍的煤體受力狀態發生了變化，使煤體應力降低，支承壓力的分布發生變化，峰值位置向煤體深部轉移。2）卸載爆破。卸載爆破就是在高應力區附近打鉆，在鉆孔中裝藥進行爆破。其目的也是改變支承壓力帶的形狀和減小峰值，炮眼布置應盡量接近支承壓力帶峰值位置。3）誘發爆破。誘發爆破就是在具有沖擊危險的地段進行大藥量的爆破，在人員撤出后人為地誘發沖擊地壓。4）煤層高壓注水。煤層高壓注水就是在工作面前方用高壓水注入煤體。一般開始注水壓力為12MPa，以后保持在4～6MPa之間，注水時間必須保證連續注水5～7a，使煤體含水量達到3%以上。高壓注水的作用效果是壓裂煤體，使煤體結構破壞，從而降低承載能力，降低壓力，另外還能降低煤體的彈性性質。

4、結束語

沖擊地壓是一個世界性難題，近幾十年，隨著我國煤礦的采掘深度和開采強度不斷增加，致使沖擊地壓災害的發生愈加頻繁。因此，做好深部煤層沖擊地壓的研究已經迫在眉睫，對于我國煤礦安全生產具有重要意義。

參考文獻：

[1] 宋召謙，朱煥然，陳龍.采煤工作面沖擊地壓防治技術研究與應用[J].山東煤炭科技.2014（11）.62-63.

[2] 王永利.淺談煤礦沖擊地壓防治技術應用[J].民營科技.2013（06）.18-19.

[3] 李春林，章兵.沖擊地壓預測和防治[J].化工礦產地質.2006，06（28）.101-104.

[4] 錢鳴高，石平五，許家林.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，2013.

（作者單位：陜西陜煤榆北煤業曹家灘礦業有限公司）