淺談煤層開采沖擊地壓的防治措施

梁勇 向浩

(河南能源義煤集團(tuán)千秋煤礦,河南三門峽 472431)

淺談煤層開采沖擊地壓的防治措施

梁勇 向浩

(河南能源義煤集團(tuán)千秋煤礦,河南三門峽 472431)

目前,煤炭資源的開采呈現(xiàn)開采深度化、范圍擴(kuò)大化、條件復(fù)雜化等情況。相應(yīng)的,煤層深度開采沖擊地壓的狀況近年來也頻頻發(fā)生。沖擊地壓的防治,是保證深部軟巖煤層開采安全的關(guān)鍵。

煤層開采 沖擊地壓 分類 防治措施

沖擊地壓的產(chǎn)生，是由于開采深部煤層時(shí)破壞其周圍煤巖體的平衡狀態(tài)，造成彈性變形，而在瞬間產(chǎn)生迅速且巨猛的破壞力。沖擊地壓的形成與開采煤巖體的沖擊傾向、開采水平、巖層結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)等息息相關(guān)。

1 沖擊地壓概述

盡管煤炭行業(yè)發(fā)展時(shí)間較長，設(shè)備制度等較完善，但是正因?yàn)榇?，煤炭開采單位偏低開花，行業(yè)安全要求標(biāo)準(zhǔn)卻未能有效跟進(jìn)。同時(shí)，采煤行業(yè)工作流水線各個(gè)環(huán)節(jié)都有不同程度的安全隱患。其中，煤炭行業(yè)把需要采取治理措施的巖石破壞動(dòng)力現(xiàn)象稱為沖擊地壓;而不影響安全生產(chǎn)，無需治理的稱為巖爆。沖擊地壓是煤層開采時(shí)周圍巖體在彈性變形能的作用下瞬時(shí)產(chǎn)生突然劇烈的破壞動(dòng)力。沖擊壓力危害很大，發(fā)生時(shí)常伴有煤巖體拋出、巨響及氣浪等現(xiàn)象，給煤礦帶來人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、資源浪費(fèi)，是煤礦重大災(zāi)害之一。

2 沖擊地壓的分類

沖擊地壓可從不同角度提出不同的分類方法。從應(yīng)力狀態(tài)導(dǎo)致煤巖體的突然失穩(wěn)破壞的本質(zhì)對沖擊地壓的進(jìn)行分類研究，可以將沖擊地壓分為材料失穩(wěn)型沖擊地壓、滑移錯(cuò)動(dòng)型沖擊地壓和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)型沖擊地壓。

(1)材料失穩(wěn)型沖擊地壓。材料失穩(wěn)型沖擊地壓是指沖擊地壓的發(fā)生是由于巖層材料的內(nèi)部斷裂造成的。在開采過程中，煤巖體內(nèi)的破壞力集中到一定強(qiáng)度后，斷裂的內(nèi)部煤巖材料裂紋擴(kuò)展到一定程度后貫通、大面積裂紋匯聚，使煤巖體從內(nèi)部發(fā)生大范圍高強(qiáng)度的爆炸式破壞。

(2)滑移錯(cuò)動(dòng)型沖擊地壓?；棋e(cuò)動(dòng)型沖擊地壓的產(chǎn)生是由于內(nèi)部相關(guān)結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)錯(cuò)位造成的沖擊地壓。大多是在開采過程中，由于頂?shù)装迮c煤層剛度的不同影響了正常開采，造成煤層滑移錯(cuò)動(dòng)，沖擊擠出形成沖擊地壓。實(shí)際開采中，井巷附近的斷層較常發(fā)生滑移錯(cuò)動(dòng)型沖擊地壓現(xiàn)象，產(chǎn)生突然劇烈的破壞現(xiàn)象。此類沖擊地壓較材料失穩(wěn)型沖擊地壓產(chǎn)生的破壞力更大，震動(dòng)更大，會(huì)造成更加嚴(yán)重的后果。

(3)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)型沖擊地壓。 結(jié)構(gòu)失穩(wěn)型沖擊地壓是一種整體井巷結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的沖擊地壓現(xiàn)象。在煤層開采中，由于井巷或工作場地周圍巖體中，突然發(fā)生采動(dòng)應(yīng)力或頂板大面積懸頂?shù)耐蝗黄茢啵粌H會(huì)造成礦震，同時(shí)還誘發(fā)突發(fā)劇烈破壞的動(dòng)力現(xiàn)象。實(shí)際開采中，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)型沖擊地壓經(jīng)常發(fā)生在煤柱或巷道圍巖，常常是突發(fā)強(qiáng)烈沖擊造成整體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)。此類沖擊地壓同滑移錯(cuò)動(dòng)型沖擊地壓一樣，較材料失穩(wěn)型沖擊地壓產(chǎn)生的破壞力更大，震動(dòng)更大，所帶來的后果更加嚴(yán)重。

3 防治措施

(1)提前預(yù)測和檢測沖擊地壓。沖擊地壓的預(yù)測方法主要是區(qū)域預(yù)測方法和局部檢測法，兩種方法共包含了經(jīng)驗(yàn)類比法、鉆屑法，電磁輻射檢測法、煤巖體變形觀測法、煤巖體應(yīng)力測量法、流動(dòng)地音檢測法、巖餅法等適用與各種煤層開采實(shí)際情況的具體方法。此外，還可以通過地音系統(tǒng)監(jiān)測和微震系統(tǒng)監(jiān)測等來實(shí)現(xiàn)沖擊地壓的提前預(yù)測和檢測。對于一些物探資料顯示可能有異常的采掘地點(diǎn)，更要留意采取超前預(yù)報(bào)。提前預(yù)測和檢測沖擊地壓的方法有必要形成更加合理的規(guī)范和提供具體參考的方案系統(tǒng)。

(2)優(yōu)化巷道內(nèi)部布置。一般來說，巷道內(nèi)部是無特殊布置為佳。但是，在工作現(xiàn)場需要的情況下，在巷道內(nèi)留設(shè)小于五米寬的小煤柱護(hù)巷。在布置煤柱的地區(qū)，要注意最大主應(yīng)力方位與巷道軸向方位盡量保持平行，兩者之間的最大夾角不可超過45度。此外，工作面切眼和停采線位置也應(yīng)該合理，二者要盡可能對齊。開采煤層不單一時(shí)，應(yīng)注意上下層工作面之間的合理設(shè)置安排：下層工作面不可越過上分層工作面的切眼或停采線;上層工作面進(jìn)行開采時(shí)設(shè)置煤柱區(qū)應(yīng)以不影響下層煤層的開采為準(zhǔn)。同時(shí)，在沖擊地壓容易發(fā)生的巷道應(yīng)該采用錨網(wǎng)支護(hù)或可縮性支護(hù)，對開采過程中可能帶來沖擊危險(xiǎn)的掘進(jìn)工作面，更應(yīng)該注意加強(qiáng)支護(hù)。

(3)采掘生產(chǎn)流線的合理安排。采掘工作的進(jìn)行應(yīng)該嚴(yán)格遵循相關(guān)流程，規(guī)范操作，尤其是在同一采區(qū)內(nèi)的工作面進(jìn)行開采，嚴(yán)禁出現(xiàn)孤島工作面。如果由于突發(fā)狀況，如村莊搬遷等，導(dǎo)致孤島工作面的形成，最多只允許形成一個(gè)孤島工作面。此外，為了避免應(yīng)力集中，在設(shè)置回采工作面時(shí)，應(yīng)該使其與采空區(qū)和煤柱開采區(qū)位置相背。同時(shí)，同一區(qū)段不可以同時(shí)在采空區(qū)的兩側(cè)進(jìn)行開采或維修巷道等活動(dòng);掘進(jìn)工作面在掘進(jìn)時(shí)更不能尾隨采煤工作面進(jìn)行工作;鄰近采空區(qū)的掘進(jìn)工作面在施工上要遵循逐漸遠(yuǎn)離采空區(qū)方向的原則進(jìn)行施工。

(4)實(shí)施綜合措施解危。沖擊地壓的防治，不應(yīng)該僅僅局限于單個(gè)措施，而要綜合治理，最大化減少、解除沖擊地壓帶來的危險(xiǎn)。首先利用提前預(yù)報(bào)和檢測手段，提供沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù);然后，采取超前松動(dòng)爆破、深孔卸壓爆破、大孔徑鉆孔卸壓、中等孔徑鉆孔卸壓等解危措施;同時(shí)，應(yīng)該不斷優(yōu)化施工參數(shù)，在確保施工質(zhì)量的同時(shí)保持解危效果，不斷持續(xù)進(jìn)行針對沖擊地壓的動(dòng)態(tài)、綜合治理。

在綜合治理時(shí)，要避免因?yàn)橹卫磉^程帶來的其他損傷。例如，在實(shí)施卸壓爆破過程中，裝藥結(jié)構(gòu)應(yīng)該合理、采用最適合的炸藥，并且通過爆破后的效果檢驗(yàn)來保證裝藥、封孔、連線等質(zhì)量。有必要時(shí)，要進(jìn)行再次起爆，直至達(dá)到解除沖擊危險(xiǎn)的效果。

4 結(jié)語

近幾年，我國充分利用國內(nèi)外已有研究成果，沖擊地壓防治工作有了一定的發(fā)展，我國大部分煤礦的治理工作也有了很大的起色。但是，目前的研究成果仍然不能達(dá)到準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、完善治理的目的。面對沖擊地壓災(zāi)害的不斷發(fā)生，應(yīng)該不斷改進(jìn)相關(guān)檢測手段，保證施工環(huán)節(jié)的安全、科學(xué)、合理進(jìn)行，不斷研究新的方法，尤其是深部開采的相關(guān)機(jī)理、數(shù)據(jù)和防治手段，保證煤炭開采過程的安全高效進(jìn)行。

[1]李鐵,蔡美峰,工金安,等.深部開采沖擊地壓與瓦斯的相關(guān)性探討[J].煤炭學(xué)報(bào),2005.30(5)：562-567.

[2]景繼東,施龍青,李子林,等.華豐煤征頂板突水機(jī)理研究田中國[J].業(yè)人學(xué)學(xué)報(bào),2006.35(5)：642-647.

梁勇,男,(1984.05—),河南汝南人,畢業(yè)于安徽理工大學(xué),本科,學(xué)士,助理工程師,研究方向：采掘。