關于煤礦深部開采沖擊地壓監測解危關鍵技術研究

＊王林日

（晉能控股煤業集團宏圣公司 山西 048400）

通常情況下，開采設計防范沖擊地壓大多屬于區域性防范措施，主要依照相應規律，合理的對現場進行設計，能夠從周圍巖石的集中程度著手，盡可能地對大量彈性技能進行減少，以保證沖擊電壓可以從根源得到有效規避。

1.煤礦深部開采沖擊地壓風險事故致因模式分析

一般而言，在煤礦中，對于煤層以及頂底板圍巖來說，自身存在較強的不穩定性，常常出現被破壞的情況。簡而言之，由于長時間被人為因素所影響，最終使得自然因素原有狀態發生了不同程度的改變，致使原本具有較強危險性的自然因素在人為的干擾下，風險事故出現的概率大大增加。通常，導致沖擊地壓出現的因素相對較多，復雜性很強，被多種因素聯合影響。在研究沖擊地壓風險的發生機理之后可知，其會對礦井的安全產生很大作用。同時，在具體的工作過程中，可以依照軌跡交叉論的事故制因模式，構建風險事故模型，并結合以往的經驗和數據資料，有效制定應對措施。經分析，導致沖擊地壓事故出現的自然風險可以劃分為三個類型，分別為開采深度，巖煤特性以及地質構造[1]。

2.煤礦深部開采沖擊致災機理以及風險類型分析

(1)深部應變形型

煤巖在深部狀態下，作用力往往會發生一定的改變，并會出現可持續性的強流，對于這種物質來說，屬于塑性介質。通常，深部開采完之后，采掘空間附近的巖應力會重新地進行分散，然后在作用力的支撐下，彈性以及塑性都會發生不同程度的變化。基于熱力學溫標模型下，依照室內不同的應變力，砂巖會產生不一樣的結果，并對深部圍巖基本彈性模型進行構建[2]。

通常情況下，采掘擾動后，圍巖聚集能量的特征主要可以體現在兩個方面。一方面，因為礦山具有較大的壓力，并且壓力會重新地進行分布，圍巖內會聚集非常多的能量，然后隨著不斷的改變而進行逐步地釋放，為圍巖造成了不同程度的沖擊影響，最后使得圍巖遭到了嚴重的干擾和破壞。另一方面，對圍巖聚集彈性造成了較大的損壞，并逐步地釋放出驅動力，致使圍巖的深部出現了速變的情況，當達到一定程度之后，會被高應力所干擾和阻礙。一般而言，由于受到深度的干擾，致使區域應力集中會出現增大的現象。通過深層次的研究可以明確，支撐壓力峰會隨著巖深度而出現不同程度的阻礙，同時峰值也會在很大程度上得到提高。

(2)深部堅硬頂板型

近年來，隨著煤礦開采深度的日益增加，除了媒體提及的彈性大大增加以外，應變也隨之增多。在這其間，應頂板的厚度越來越大，長度越來越長，具體的體積更是會隨著區域而日益上漲。相關研究人員對其深度展開了分析，通過對其巖梁長度及厚度展開了觀察，掌握其中的變化規律。通常，巖梁聚集能量其間，巖梁會依照厚度增大而不斷增大。經分析，巖梁長度可以從20m增加到40m左右，聚集能量可以從0.278MJ增加到6.57MJ，巖梁的厚度能夠從2m一直增加到4m左右，聚集能量則會從1.82MJ一直增加到4.98MJ。

通過對巖體破壞的最小能量原理分析和研究可以明確，不管巖體是在何種應力情況下，如果失去了原本的穩定性以及可靠性，破壞就會隨之而來。通常而言，破壞需要消耗非常多的能量，當堅硬頂板遭到嚴重破壞的時候，在開采條件下，煤巖體系統就會對彈性能進行自動的存儲，并隨著不斷的發展而緩慢地進行釋放。基于這種背景，可以在一定程度上對煤巖體系統有可靠性以及穩定性的增強。同時，當開采深度不斷的加深之后，系統中的能量也會逐漸地增加，從而對原本的平衡狀態進行了突破[3]。但是，煤巖體被破壞之后，往往會消耗非常多的能量。簡而言之，系統中會增加兩部分的能量，并采取不同的方式將這些能量拋出，最終使得沖擊地壓逐漸形成。

3.煤礦深部開采沖擊地壓監測預警技術分析

(1)自震式微震監測系統分析

現階段，在具體的煤礦開采過程中，為了能夠讓沖擊地壓得到有效的監測，通常會對KJ768自制式檢測系統進行運用。對于這一系統來說，在實際使用過程中，能夠對現場進行實時的監管和控制，以保證礦山的實質變動情況可以得到有效的監督。然后，對各類信息進行的記錄，諸如：位置以及能量等，科學地進行獲取。通常而言，該系統能夠對巖體的應力變化情況進行連續的監督，也可以觀測到頂板是否出現了斷裂的情況，明確巖層具體活動現狀[4]。同時，在對這一技術展開使用的過程中，能夠在大部分礦區進行工作，并可以有效地對相關問題進行解決和處理，降低危險監測問題出現的概率，促進監測有效性的增強。

(2)應力在線監測系統分析

通過對沖擊地壓的深層次分析和研究可知，沖擊地壓出現的因素有很多，而歸根結底，主要是因為地應力以及采動應力被工作動態所嚴重的干擾，致使體應力出現了不同程度的改變。在對光纖光柵進行研究的過程中，在應力在線監測方面，通過動態顯示其工作的范圍，并對工作的整體情況進行監測。同時，在實際的監測過程中，依照實際情況，對KJ550監測系統進行高效的應用和選擇，對采掘工作面進行嚴格的監管。并且，對煤柱展開實時的監測。針對鉆孔應力觀測技術而言，在具體的運用過程中，能夠將煤礦采掘的整個過程清晰地顯示出來，也可以對現場存在的危險區域進行精準地分析，明確存在的各類危險因素，尤其是對卸壓等危險措施，能夠具有較為良好的成效。

在沖擊地壓預警技術中，鉆削檢測是一種效果較為良好的技術手段，沖擊地壓在出現的時候，由于危險性的日益提高，鉆孔出現削量也會隨之變多，而鉆屑的大范圍增多，往往會導致采動應力不能集中。在對這一問題進行處理的過程中，應該對KJ615進行有效地運用，科學地開展采掘工作，對沖擊面的地壓展開綜合的處理，然后對掘進期間的鉆孔進行把控，做好監測工作，將屑量的變化推算出來，以便沖擊地壓的危險性能夠實現實時預警的目的和作用。

(3)“全頻廣域”震動監測系統分析

對于以往的微震監測方式來說，通常指可以對低頻高能的行為事件進行監測。針對高頻低能的事件，則根本沒有相對良好的處理辦法，對沖擊地壓進行孕育以及產生過程，無法展開精準且全面的監測預警，最終導致預警的精準度相對較低，有時還會出現誤報的情況。通過深層次的研究之后可以明確，在對煤礦深部開采沖擊地壓進行監測的過程中，可以依照具體情況的前提下，對“全頻廣域”震動監測系統加以運用，以保證各種頻率的微震監測設備能夠得到精準的測量，提升測量的準確性，對工作面以及巷道圍巖等區域，都能夠對其進行科學的監測，以保證區域的頻率可以高效地獲取。通常而言，我國煤礦安全監察工作在開展過程中，沖擊地壓災害預防頻率范圍具體為高頻小尺度損傷、中頻破裂等，可以通過對KJ926區域展開嚴密的監控。此外，對于這一系統來說，能夠對礦區的事件進行可靠性有效的記錄，然后依照礦區的實際情況，合理的對危險元素進行分析和研究。

4.煤礦深部開采沖擊防治技術分析

(1)沖擊地壓應力技術分析

在我國的具體發展過程中，防控技術體系大多是以控制為主，雖然沖擊力形成的距離原理并沒有得到明確地掌控。但是，相關技術人員在不斷地研究以及探索過程中，也對這一因素進行了充分的了解，為沖擊低壓防治工作的開展提供了可靠的數據支持。通常而言，沖壓的礦井主要是對局部或者區域結合的方式進行利用，在礦井設計的過程中，采取區域的防治辦法，通過對區域范圍的應力的研究，能夠對危機程度進行整體消除。研究得知，區域防治技術大多在兩個方面體現。一方面，從優化開采設計的區域沖擊危險來組織開展防治工作，具體包括：開拓方式以及開采順序等。對于這些工作來說，可以從源頭上對應力的出現進行規避，有效地加以防治。另一方面，從區域范圍來對煤巖體進行削弱，保證應力水平可以從整體的角度上減少，借助煤體注水等方式來進行開展。針對已經形成的采掘工作面，需要進行區域防塵，并將此作為基礎，有效地開展局部防沖工作。此外，沖擊地壓局部防治技術在具體應用階段，常常會受到特殊因素的干擾。因而，為了可以有效地規避這些現象，降低問題出現的概率，可以對局部緊急處理辦法進行利用。

(2)沖擊地壓支護設備

對于沖擊地壓危險區域來說，可以結合實際情況，采取科學的加強，諸如：錨桿等。通常支護方式相對較多，可以利用主動支護以及鋼架被動支護組合的辦法。新型支護設備，具體有液壓支架等，在實際的工作開展過程中，通過對工作阻力的不斷增加，讓支護體系的整體高度得到增強，并對金屬材料進行高效的運用，以確保支護中的阻尼系數可以大幅度提升。同時，借助優秀的吸能特性，讓支護體系得到不斷的健全和完善，以保證圍巖沖擊下，能夠形成相對穩定的變形讓位。此外，可以對超高強熱處理技術進行應用，有效地對錨桿強度進行提升，在沖擊載荷的影響之下，將其優越性能整體凸顯出來，讓延伸性能以及呼吸能力可以得到不斷的增強，進而最大限度地滿足巷道支護的要求。

5.結束語

綜合而言，在社會經濟高速發展的新時期下，煤礦行業所發揮的作用和價值非常大。但是，對于煤礦行業來說，與其他行業不同，本身具有較強的危險性，尤其是沖擊地壓災害，更是會為工程造成較為嚴重的影響。所以，相關人員在工作過程中，一定要強化對沖擊地壓問題的重視，能夠做好相應的預防措施，以保證工程的開展可以更加穩定順利，不會出現任何的問題。