大采深厚煤層復雜條件下沖擊地壓防治技術

劉恒

摘 要：深部礦山開采時，的礦井動力災害對安全生產的影響范圍逐漸增大，動力災害事故的方式頻率和危害程度也相應增加。礦山動態災害的主要表現形式是沖擊地壓，充分認識其機理，并采取有效預防措施對礦山的安全發展具有重要意義。

關鍵詞：煤礦；沖擊地壓；防治技術

1 前言

煤礦沖擊地壓是指在開采過程中大量彈性能的煤或巖體的積聚而瞬間產生的巨大能量，產生破壞，與其他開采過程中出現的災害相比，沖擊地壓具有更大的破壞性和危險性，并且為沒有明顯的災害預兆，具有突發性和偶然性。對沖擊地壓產生的原因分析就顯得尤為重要，提出有效的預防措施也同樣變得極具現實意義。

2 沖擊地壓及其破壞機理

沖擊地壓又稱巖爆，是煤礦開采過程中高壓力條件下巷道和采煤工作面周圍煤巖體變形能的釋放，導致煤巖體突然破壞、坍塌或拋擲。巨大的聲音和巖石振動經常導致支撐倒塌，巷道擁堵和人員傷亡，對安全生產構成巨大威脅。沖擊地壓的特征是突然性，瞬態振動，巨大的破壞性和復雜性。當煤和巖石受采礦影響時，局部壓力狀態從原始壓力狀態變為二維或一維狀態，巷道或工作面周圍的壓力將減小，煤體逐漸變脆，內部結構被打破。此時，煤巖體由于內部損壞而具有弱表面，煤和巖體中積累的能量高度集中在這些弱表面上，壓力從平衡到動態發展。一旦受到干擾，平衡就會被破壞，積累的能量被釋放，煤和巖石的破碎造成沖擊壓力事故。目前，對沖擊地壓機理的認識主要包括：強度理論、能量理論、沖擊趨勢理論、剛度理論、沖擊巖壓力不穩定理論和“三因素”理論。

3 沖擊地壓發生的條件

對地面壓力影響的外部原因是高壓力條件，地壓是強彈性勢能的積累。內部原因是煤體可以儲存能量并在其受壓后立即釋放。

3.1 煤層沖擊傾向性

大多數影響地面壓力的煤層都有撞擊的傾向，但某些煤層中沒有撞擊傾向也會受到沖擊壓力。煤巖的影響趨勢受煤巖結構、地質異常條件、煤巖壓力狀態和開采影響等因素的影響。

3.2 斷層和褶曲

導致地面壓力發生變化的另一個主要地質因素是地質構造，例如斷層和褶皺。沖擊地壓發生受傾斜軸線的影響，特別是構造帶、斷裂帶、煤層傾角帶、煤層褶皺和構造壓力帶的影響。不同類型的斷層也與沖擊地壓的發生有關。地質構造控制的沖擊地壓分為加壓和減壓兩種類型。當工作面發生反向故障時，工作面受壓，容易產生較強的地面壓力；當表面超過正常值時，它被減壓并且沒有沖擊壓力。

3.3 上覆巖層狀況

覆蓋層的狀況也是影響沖擊地壓發生的重要因素。受采礦影響，由于硬頂無法及時坍塌，大面積的懸頂導致壓力和能量積聚，從而形成動態載荷引起的沖擊壓力。

4 煤礦沖擊地壓的有效防治技術分析

4.1 煤礦壓力預測

煤礦預測主要是檢測煤炭傾向壓力的預測，對周圍煤炭巖石的硬度進行檢測，從煤炭內部所產生的各種介質及其破壞能力、屬性上著手考慮，這也是目前應用最廣的預防技術。北京巖石力學開采實驗室試驗中已經證實了，有一些煤礦本身就具有很強的沖擊地傾向性。煤礦沖擊傾向是可以通過實驗檢驗出結果的，在開采之前實地測繪，實驗分析，能夠在后續的開采作業中帶來很大的安全系數。通過鉆屑法[1]在煤體中鉆孔，根據煤粉量及其變化規律達到一系列的探測目的，降煤層中潛在的沖擊危險劃分等級，為下個工作環節做鋪墊。

4.2 鉆孔卸壓技術

鉆孔卸壓是指在煤礦開采的高應力環境下，利用每層的彈性來破壞鉆孔附近的煤體或巖石。從而讓煤層能夠釋放能量，達到消除沖擊危險的一種手段。鉆孔卸壓以釋放煤層壓力和高應力為手段，適合煤礦開采過程中操作，同時還能通過鉆孔轉移巖石的的高應力向其他泄壓巖體。值得注意在于，鉆孔需要根據實際情況選擇鉆機，鉆桿的長度和鉆頭的直徑都需要滿足做作業需求。打孔深度按照規定保持在有效距離，把握好孔深距離底板的有效距離，鉆孔需要排列成單排布局，嚴格把握各種鉆孔參數，既能達到泄壓的目的，又能保障鉆孔作業的安全。

4.3 卸壓爆破技術

卸壓爆破石指在高應力的煤層中實施定點爆破，提前引發沖擊，以消除開采過程中的沖擊危險。卸壓爆破主要的作用還是使煤層爆炸產生大量的裂隙，使周圍煤層的力學結構發生變化，降低彈性強度和彈性能量，使沖擊地壓發生的強度和能量都大大降低，擴大應力的釋放范圍，降低應力的集中程度和釋放速度，使爆破局部避免沖擊地壓的危害。但是卸壓爆破技術需要事前事后都具有完善的準備工作，事前調查是否需要爆破，然后進行鉆屑法檢測，事后需要反饋，檢測是否達到泄壓效果，是否消除了安全隱患。爆破法使用方便、快捷。

4.4 煤層注水技術

煤層注水是一項非常有效的解決辦法。煤層本身就具有一定的孔隙和透水性，通過注水可以改變煤層物理學性質，改變煤層結構，降低煤層強度，降低煤層積蓄彈性，增大煤層塑性，同時還可以降塵，進而解決沖擊地壓發生的危險。頂板注水和壓注化學溶液是最常見的兩種方式，注水過程中要科學合理的安排注水時間，煤層是否適合注水卸壓也要做到檢測確定，以保證注水的泄壓效果。煤層注水最大程度上使用機械，在危險區域外作業，極大限度的保障了工作人員的人身安全。

5 改善和加強防沖工作

5.1 積極開展沖擊地壓基礎研究

目前，雖然沖擊地壓的機理還不是十分清楚，但評價沖擊危險性的主要方法還是綜合指數法。綜合指數法中采用的地質影響因素（煤礦開采深度、上覆裂隙帶內頂板堅硬厚層巖層距煤層距離、開采區域內構造應力集中程度、頂板巖層厚度特征參數、煤的單軸抗壓強度和煤的彈性能指數差別不大）和開采技術影響因素（采煤方法與工藝）在同一礦區內非常近似，行業主管部門或其它機構牽頭主導，集中礦區的財力、物力、人力，以一個礦區為研究對象，聯合高校及科研院所，開展地質與開采條件基礎研究，探索防治方法，提出防沖方案，既可節約研究成本，也可以將研究成果普遍推廣。

5.2 大力培養防沖專業技術人才

目前從事沖擊地壓工作人員的專業學術背景參差不齊，有的甚至是非煤礦專業學歷，提高全省煤礦防治沖擊地壓水平必須有一批掌握沖擊地壓理論和防治知識的人才隊伍。應與國內從事相關研究與教學的高等院校合作，選派基層從事沖擊地壓工作的、有事業心的人員脫產學習，協商教學計劃，從煤田地質學、巖體力學基礎教學開始，系統地學習沖擊地壓相關理論，安排一定的實踐教學，儲備人才，選拔出一部分防沖專家。

5.3 勇于探索災害耦合同防共治機制

隨著開采深度的增大，煤礦災害不再是以往熟悉的瓦斯、水、火，沖擊地壓事故起數逐年上升，誘發瓦斯事故起數也在增加，單打獨斗的災害防治措施往往顧此失彼。例如，在確定區段煤柱寬度時就遇到這樣的矛盾，從防沖角度考慮，煤柱越小越好，甚至無煤柱開采；從防止煤炭自燃、防水角度考慮，煤柱必須有一定的寬度。再如，在抽放本煤層瓦斯時，施工的瓦斯抽放孔能不能作為下一步的防沖卸壓孔，如何確定孔徑，如何銜接時間，才能事半功倍等等，鼓勵在《煤礦安全規程》規定范圍內，探索多種災害同防共治機制，提高災害預防水平，保障煤礦安全生產。

6 結束語

煤炭開采過程中沖擊地壓造成的影響與危害都是巨大的。因此，要根據煤炭開采現場實際情況，制定出行之有效、具體、安全的計劃，科學合理的防止沖擊地壓事故發生，有效的保障煤炭開采工程的安全，促進煤炭開采事業的順利進行，創造煤炭開采事業安全發展的局面。

參考文獻：

[1] 劉金海，楊偉利，姜福興等.先裂后注防治沖擊地壓的機制與現場試驗[J].巖石力學與工程學報.

[2] 李彭波，鄧強，孟令琪.煤礦井下沖擊地壓防治技術與現場應用[J].山東煤炭科技，2017（4）：49～50+52+55.