淺談煤礦煤層沖擊礦壓防治技術

侯相華

摘要：隨著工業化進程的深入，行業企業對煤礦資源的需求量不斷攀升，煤礦生產任務日益繁重，而保障煤礦生產安全是生產活動的首要前提。近年來煤礦生產安全事故頻發，引起了社會各界的廣泛關注，其中沖擊礦壓是影響煤礦生產安全的主要災害之一，有效預防煤層沖擊礦壓迫在眉睫。鑒于此，筆者結合自身的工作實際，圍繞煤礦煤層沖壓防治技術展開相關探討，首先詳細探討煤礦煤層沖擊礦壓的形成機理，總結其具體特征，然后提出有效監測煤礦煤層沖擊礦壓的有效手段，最后探討煤礦煤層沖擊礦壓常用的防止技術手段。

Abstract： With the deepening of the industrialization process， the demand for coal resources in the industry has continued to rise， and coal production tasks have become increasingly onerous， and ensuring coal mine production safety is the primary prerequisite for production activities. In recent years， coal mine production safety accidents have occurred frequently and have aroused widespread concern from all walks of life. Among them， rock pressure is one of the main disasters affecting coal mine production safety. Effective prevention of coal seam impact on mine pressure is imminent. In view of this， the author combines the actual work to carry out relevant discussions around coal seam stamping prevention technology. Firstly， it discusses in detail the formation mechanism of coal seam shock pressure， summarizes its specific characteristics， and then proposes effective means to effectively monitor coal seam shock pressure. Finally， it discusses the common technical methods to prevent coal mine coal seam shocks.

關鍵詞：煤礦;煤層;開采;沖擊礦壓;防止技術

Key words： coal mine;coal seam;mining;rock burst;prevention technology

中圖分類號：TD82 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）24-0111-02

0 ?引言

煤礦資源仍然是當代社會生產的核心功能物質，煤炭資源也是我國工業生產以及綜合國力保障的有效體現。為了切實滿足社會不斷發展的需要，煤炭工業快速發展，提升煤炭生產效率前提是建立在安全生產基礎上。沖擊礦壓屬于彈性能量，主要在礦井巷道煤層或者周圍巖體內集中存在。煤炭資源開采環節，采礦周邊巖體的平衡性被直接打破，煤巖被拋到巷道中，導致大批量的能量聚集，煤巖體出現明顯震動和損壞，考慮到其作用時間并不長，但是釋放出來的能量相當大，同時破壞性顯著，所以對于煤礦企業的生產安全造成不利影響，詳細分析探討煤層沖擊礦壓的形成理論以及呈現出來的實際特征，并在此基礎上提出更具針對性的預防和防止技術手段現實意義凸顯，同時也是推動煤礦工業生產安全水平提升的有效保障。

1 ?明確煤礦煤層沖擊礦壓的形成機理以及具體特征

1.1 形成機制 ?明確煤礦煤層沖擊礦壓的形成機理，對于保障生產安全意義重大。所謂沖擊礦壓指的是集中在礦井的巷道煤層中或者周圍巖體中的能量被集中釋放出來，煤巖被拋到巷道內，使煤炭體出現明顯振動，造成嚴重損壞。沖擊礦壓的形成機理并不簡單，直到現在仍然沒有十分統一的認識，長時間以來都是國內外相關學者研究的難點問題。當前行業內對于煤礦煤層沖擊礦壓形成機理的研究基本可以概括為能量理論、強度理論、沖擊傾向性理論等，這一系列理論對于煤層以及圍巖的剛度展開相關說明。

如果煤層以及圍巖的剛度均大于零，那么代表煤巖體處于穩定狀態;如果煤層以及圍巖的剛度加起來大于等于零，同時煤層的剛度又處于零下，那么煤巖體處于臨近破壞的狀態;如果煤層以及圍巖的剛度加起來在零以下，那么整個煤層以及巖體就處于十分強烈的破壞狀態，沖擊礦壓災害也由此發生。在采集煤礦的過程中，其實煤層以及圍巖體共同形成了一個相對平衡的系統?？紤]到巖層體的頂板加之底板的強度都大于煤層，煤層又是主要開采對象，所以受到巖體壓力影響，煤層體受到嚴重破壞。如果破壞屬于穩定破壞，那么會表現出明顯的巷道壓縮以及煤柱形變等問題。如果破壞屬于非穩定性破壞，那么瞬時能量被大量釋放出來，沖擊礦壓災害作為其直接體現，對生產人員以及生產機械設備等的安全性造成較大威脅。

1.2 具體特征 ?煤礦煤層沖擊礦壓的典型特征如下：①突發性。表現為在沖擊礦壓在發生前沒有十分顯著的征兆信息，表現為瞬時性，整體沖擊礦壓環節，彈性能量得以迅速釋放，并且釋放時間僅僅持續短短的幾秒鐘，整個過程相當短暫，并且這一過程根本無法得到有效把控;②破壞性強。主要表現在煤層巖體、頂板以及底板受到嚴重沖擊，以及以上組合沖擊，頂板的巖層出現明顯斷裂，巷道支護設備發生損壞，對于煤礦工作人員的生命安全產生嚴重影響，同時煤礦安全生產工作也難以順利開展。導致煤礦煤層礦壓出現的因素很多，探討礦壓的實際形成機理，分析其基本特征，能夠為有效監測礦壓同時高效科學預防提出可靠依據。

2 ?如何做好煤礦煤層沖擊礦壓的有效監測

煤礦煤層沖擊礦壓一旦發生所造成的后果很嚴重，為此廣大煤礦生產企業必須格外關注煤礦煤層沖擊礦壓問題，事故出現后的處理工作雖然重要，但是提前預防杜絕事故發生更為關鍵。提前預防才是切實保障煤礦生產安全性的關鍵，所以一定要結合煤礦企業的生產實際建立起完善、可靠的煤礦沖擊礦壓監測預警體系，該體系對礦壓災害事故的防治價值凸顯?？紤]到當前煤礦巖體動態穩定控制工作的現狀，再加上巖層運動及圍巖應力場理論支持，結合煤巖沖擊壓力預測技術手段及治理技術手段，建立在理論研究以及實際工程經驗基礎上形成了相對完整的沖擊礦壓監測體系，其中鉆屑法、電磁輻射法以及微震法等實現。

2.1 利用鉆屑法實現預警 ?鉆屑法是我國針對煤礦煤層沖擊礦壓最常用的檢測方法，煤礦資源開采環節，現行的規范將該方法作為明確沖擊礦壓危險程度及防治舉措效果評估的有效對策，大量工程實踐研究都表明成效顯著。該方法的優勢在于操作較簡單，可以將煤層巖體壓力大小直接反應出來，對深度不一致的位置完成取屑，完成煤層巖體處于不同深度壓力值的測定?？紤]到該方法的探測范圍有限，同時打鉆的工程量過大，所以采用人工展開操作有較大誤差，實現在線監測不可能，所以在一些復雜程度高的區域無法廣泛推廣開來。

2.2 利用電磁輻射法實現預警 ?借助電磁輻射法完成預測。電磁輻射法屬于非接觸式探測手法，該方法在我國沖擊礦壓監測中的應用愈發廣泛。借助煤巖破壞產生的電磁輻射的接收完成煤巖體內應力集中程度的測定。電磁輻射法優勢凸顯，電磁輻射監測儀攜帶便利，無需安裝，可以將其直接掛在巷道的煤壁上，整體巷道煤壁上只需要布置上電磁輻射監測設備即可輕松實現全礦井沖擊礦壓在線監測目的。

2.3 利用微震法實現預警 ?借助微震法實現，煤礦井下媒體以及采集場的巖石屬于應力介質范疇，如果受到來自頂底板壓力的影響，那么媒體以及圍巖就被直接損壞，同時還有大量的能量集中釋放，微震就是能量釋放環節出現的典型物理效應。實際工程測試工作中，一旦煤巖體在彈性壓力變形破壞過程中，產生低頻微震動波，緩慢振動使彈性能量緩慢釋放?？紤]到這些情況，高效實現在線監測，微震監測體系借助煤巖體應力監測，完成沖擊礦壓監測操作，借助該方法能夠達成十公里范圍內的危險源的探測及預警操作。

3 ?煤礦煤層沖擊礦壓常用防止技術手段

3.1 借助合理的開拓布置以及開采手段 ?分析煤礦煤層沖擊礦壓常使用的防治技術手段，首先借助合理的開拓布置以及開采手段來實現?？碧郊暗V井設計環節，應該將沖擊危險煤層以及區段詳細了解，在設計環節就將沖擊礦壓的防治措施充分考慮在內，同時在準備環節實現合理的開拓開采方式，將沖擊礦壓危險有效消除，或者將其影響降低。大量工程實踐研究表明，礦井沖擊礦壓受到開采技術影響較大，一旦開拓開采方式不恰當形成就“覆水難收”，開采沖擊礦壓煤層一定要采取防治沖擊礦壓生產技術舉措。正是開展采掘工作前一定要將防治沖擊礦壓內容統籌考慮在內，使得開采流程的合理性，降低煤柱應力集中區形成幾率?？紤]到煤柱本身承受的壓力較大，特別是半島形的煤柱，承受的疊加應力往往來自于很多方向，所以更容易產生沖擊礦壓。

3.2 開采保護層 ?開采保護層是沖擊礦壓有效防治的關鍵技術，指的是一個煤層先完成開采，使得周圍煤層有卸載時間，首先采集的保護層應該結合煤層賦存條件選擇沒有沖擊傾向的煤層。在實際實施環節一定要保障足夠的開采時間和空間，不能在采空區內留煤柱。待保護層開采工作完成后，圍巖中有裂縫產生，導致圍巖朝著采掘空間移動，采空區上下方的巖層卸載。

3.3 煤層注水操作 ?煤層注水操作，在采掘工作正式展開之前，煤層展開長時間的壓力注水。注水往往在已經挖掘好的回采巷道內或者鄰近的巷道內展開，其最終的目的是借助壓力水的物理化學作用，使煤的物理力學性質得以優化改善，從而達到降低煤層沖擊傾向以及盈利狀態的目的。煤層預注水屬于積極主動區域性防范舉措，不僅可以將礦壓威脅有效減緩，甚至還可以直接將其消除，此外還能夠起到降溫、改善勞動條件的作用。

3.4 煤層卸壓 ?煤層卸壓也是有效防止煤礦煤層沖擊礦壓的有效技術手段，將其進一步細分為卸壓鉆孔以及深孔卸壓爆破兩大方面。煤層深孔卸壓爆破在采面以及上下位置的巷道開展卸壓爆破操作，將集中在煤質中的彈性勢能高效釋放出來，同時采面周圍以及巷道兩側形成卸壓保護區，支承壓力朝著煤質深層轉移，無法直接在巷道或工作面的煤壁外表面作用，彈性能釋放過程的沖擊能力大大降低。卸壓鉆孔是在煤體的應力富集區域，打上一些孔徑較大的鉆孔，使得媒體和圍巖體系累積的彈性能量得到慢慢釋放。沖擊礦壓大部分在相近采空區與的工作面巷道內出現，煤柱一側的沖擊強度往往比工作面一側的要大，所以借助煤柱上打卸壓鉆孔的方法較為合適。

3.5 回采布置 ?煤層群在開采的時候，開拓布置操作對保護層開采工作十分有利。首先開采能夠卸壓，同時不具備煤的沖擊傾向性或者沖擊傾向性較弱的煤層。鄰近層屬于沖擊危險煤層的時候，應該優先開采危險性小的煤層，將其作為保護層，完成上保護層的優先采集。

4 ?結語

綜上所述，沖擊礦壓對煤礦生產的安全性造成嚴重影響，為此煤礦煤層沖擊礦壓的防止也是煤礦生產企業重點關心的問題。文章在詳細了解煤層沖擊礦壓形成機理以及特征的基礎上，提出了針對性的預警機制及防止技術，希望對大幅度降低煤層沖擊礦壓風險有所借鑒，真正推動煤礦事業可持續健康發展。

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