煤礦沖擊地壓發(fā)生機(jī)理與防治技術(shù)的研究

【摘要】本文敘述礦井沖擊地壓的大致分類(lèi)及分類(lèi)方式；影響沖擊地壓發(fā)生的原因及因素；沖擊地壓的發(fā)生機(jī)理；沖擊地壓的綜合防范及治理措施。

【關(guān)鍵詞】沖擊地壓；機(jī)理；防治措施；預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)

前言

煤礦屬高危行業(yè)，受水、火、瓦斯、煤塵、頂板五大自然災(zāi)害威脅十分嚴(yán)重，近年來(lái)，隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采深度的不斷增加，沖擊地壓的顯現(xiàn)不斷發(fā)生，這種自然災(zāi)害一旦發(fā)生，給人身安全造成極大威脅，威脅著職工人身安全和礦井安全生產(chǎn)的長(zhǎng)治久安。為了掌握沖擊地壓發(fā)生機(jī)理與防治技術(shù)，保障礦井安全，在管理上、技術(shù)上、裝備上采取針對(duì)性的措施，實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)長(zhǎng)治久安，提高經(jīng)濟(jì)效益有十分重要的意義。

一、沖擊地壓的概念、特征、類(lèi)型

1、沖擊地壓的概念

沖擊地壓是采場(chǎng)周?chē)拿簬r體，在其力學(xué)平衡狀態(tài)破壞時(shí)，由于彈性變形能的瞬間釋放而產(chǎn)生一種以突變、急劇、猛烈破壞為特征的動(dòng)力現(xiàn)象，它具有極大的破壞性。沖擊地壓是一種特殊的礦山壓力顯現(xiàn)。

2、沖擊地壓的特征

（1）暴力性：直接將煤巖動(dòng)力拋向巷道、工作面，引起強(qiáng)烈的震動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的響聲，造成煤巖體破斷。

（2）突發(fā)性：無(wú)預(yù)兆，過(guò)程短暫，持續(xù)時(shí)間幾秒到十幾秒，難于預(yù)報(bào)發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度。

（3）破壞性：大量煤巖體拋出，堵塞巷道，破壞支架，造成慘重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

（4）震動(dòng)性：像爆炸引起強(qiáng)烈震動(dòng)，使重型設(shè)備發(fā)生位移，人員彈起摔倒，震動(dòng)波及范圍可達(dá)幾公里甚至十幾公里，地面有地震的感覺(jué)。

3、沖擊地壓的類(lèi)型

（1）壓力（煤柱）型：煤柱在高壓力作用下，由于采場(chǎng)周?chē)簬r體中的壓力由亞穩(wěn)態(tài)增加至極限值，其聚集的能量突然釋放，造成煤巖體的沖擊破壞。

（2）沖擊型：由于煤層頂、底板巖石堅(jiān)硬且較厚，巖層的突然破斷或滑移造成采場(chǎng)周?chē)簬r體沖擊破壞。

（3）復(fù)合（壓力型和沖擊型）型。

二、影響沖擊地壓發(fā)生的原因及因素

（1）自然地質(zhì)因素：主要包括受采深、地質(zhì)構(gòu)造及煤巖結(jié)構(gòu)和力學(xué)影響

一般在達(dá)到一定開(kāi)采深度后才開(kāi)始發(fā)生沖擊地壓，此深度稱(chēng)為沖擊地壓臨界深度。臨界深度值隨條件不同而異，一般大于200m。總的趨勢(shì)是隨采深度增加，沖擊危險(xiǎn)性增加。這主要是由于隨采深增加，原巖應(yīng)力增大緣故。

地質(zhì)構(gòu)造如褶曲、斷裂、煤層傾角及厚度突然變化等也影響沖擊地壓的發(fā)生。寬緩向斜軸部抑郁形成沖擊地壓；斷裂猶如一個(gè)開(kāi)采邊界，若回采方向朝向斷層面，則沖擊危險(xiǎn)增加；煤層傾角和厚度局部突然發(fā)生變化地帶，實(shí)際是局部地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力積聚地帶，因而極易發(fā)生沖擊地壓。

關(guān)于煤巖結(jié)構(gòu)及性能的影響。堅(jiān)硬、厚層、整體性強(qiáng)的頂板（老頂），易形成沖擊地壓；直接頂厚度適中，與老頂組合性好，不易冒落，沖擊危險(xiǎn)較大；煤的強(qiáng)度高、彈性模量大、含水量低、變質(zhì)程度高、暗煤比例大，一般沖擊傾向較強(qiáng)。

（2）開(kāi)采技術(shù)因素：開(kāi)采多層煤時(shí)，任何造成應(yīng)力集中的因素，如開(kāi)采程序不合理、本層回采不干凈、相鄰兩層開(kāi)采錯(cuò)距不合適等，均對(duì)防治沖擊地壓不利。

從防治沖擊地壓的角度而言，壁式開(kāi)采優(yōu)于柱式開(kāi)采，旱采優(yōu)與水采；直線工作面優(yōu)于曲線工作面，冒落法優(yōu)于充填法。

煤柱和開(kāi)采邊界是最主要的應(yīng)力集中因素，應(yīng)盡量避免和減少這些因素的有害影響。

一般講，隨開(kāi)采速度和開(kāi)采強(qiáng)度增加，沖擊危險(xiǎn)性有加大的趨勢(shì)。

三、沖擊地壓的發(fā)生機(jī)理

沖擊地壓發(fā)生的過(guò)程是煤巖的流變到突變的過(guò)程，產(chǎn)生的脆性破壞是載荷發(fā)生跳躍、應(yīng)力總和超過(guò)極限，發(fā)生立即破壞，而延時(shí)破壞是正常載荷的作用下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的破壞，從流變到突變。煤巖體的損傷速度與巖體活動(dòng)性及瞬間釋放能量、變形速度成正比。頂板強(qiáng)度越大，沖擊傾向性越強(qiáng)；頂板高度越高，沖擊傾向性越強(qiáng)。

沖擊地壓機(jī)理是指形成沖擊地壓的內(nèi)在規(guī)律，它不同于一般的外部影響因素或發(fā)生條件，也有別于誘導(dǎo)因素。

根據(jù)力學(xué)觀點(diǎn)，也可將沖擊地壓簡(jiǎn)單的理解為煤巖體的突然破壞，據(jù)資料顯示，也可用強(qiáng)度準(zhǔn)則、能量準(zhǔn)則和沖擊傾向度準(zhǔn)則加以概括。

強(qiáng)度準(zhǔn)則：即礦山壓力大于煤體—圍巖力學(xué)系統(tǒng)的綜合強(qiáng)度。

能量準(zhǔn)則：即煤體—圍巖力學(xué)系統(tǒng)所釋放的能量大于其破壞所消耗的能量。

沖擊傾向度準(zhǔn)則：即煤體的沖擊傾向度大于試驗(yàn)所確定的極限值。

強(qiáng)度準(zhǔn)則是煤體破壞準(zhǔn)則，能量準(zhǔn)則和沖擊傾向度準(zhǔn)則是突然破壞準(zhǔn)則。三個(gè)準(zhǔn)則同時(shí)成立，才是產(chǎn)生沖擊地壓的充分和必要條件。

根據(jù)資料，沖擊地壓往往伴隨著井下生產(chǎn)過(guò)程的某些工序的進(jìn)行，如爆破、冒頂、采煤等而發(fā)生，這些因素稱(chēng)為誘導(dǎo)因素，誘導(dǎo)因素本身的能量可能很小，但其誘發(fā)沖擊地壓的放大作用是可觀的，因而誘導(dǎo)因素也是發(fā)生沖擊地壓的一個(gè)不可忽視的因素。

四、沖擊地壓的防范及治理措施

（1）沖擊地壓礦井必須組建專(zhuān)職防沖隊(duì)伍，并設(shè)一名專(zhuān)職技術(shù)人員，開(kāi)展正常的防沖工作；健全責(zé)任制和管理制度；編制防沖實(shí)施細(xì)則和防沖工作規(guī)劃。

（2）優(yōu)化采區(qū)開(kāi)拓布局，合理安排工作面開(kāi)采順序，避免相向回采和形成孤島煤柱。

（3）在沖擊地壓煤層中，進(jìn)行雙向掘進(jìn)的巷道，錯(cuò)距不得小于50米；相向掘進(jìn)的巷道，相距30米時(shí)，必須停止一頭掘進(jìn)。

（4）采用走向長(zhǎng)壁后退式開(kāi)采方法，全部冒落法管理頂板，若頂板堅(jiān)硬，出現(xiàn)大面積懸頂時(shí)，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)制放頂，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行頂板來(lái)壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，并制定頂板來(lái)壓期間的防沖措施。

（5）煤層注水可以使煤的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，降低煤體的強(qiáng)度；使得煤體積蓄彈性能的能力下降，以塑性變形能方式消耗彈性能的能力增加。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)記錄的數(shù)據(jù)可知：煤層注水后，工作面支承壓力的峰值降低，應(yīng)力集中系數(shù)明顯降低，頂板下沉速度明顯增加，煤層的普氏系數(shù)降低，塑性增加。煤層注水可有效防治和減弱沖擊地壓的危險(xiǎn)性。

（6）進(jìn)行卸壓松動(dòng)爆破，誘發(fā)能量釋放，采用爆破的方法減緩其應(yīng)力集中程度的一種解危措施。卸壓松動(dòng)爆破屬于內(nèi)部爆破，主要作用是使煤層產(chǎn)生大量裂隙，使煤體的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，彈性模量減小，強(qiáng)度降低，彈性能減少，降低煤體應(yīng)力集中程度，局部解除沖擊地壓發(fā)生的強(qiáng)度條件和能量條件。

結(jié)語(yǔ)

煤礦沖擊地壓是礦井開(kāi)采過(guò)程中的一種及其復(fù)雜而難以預(yù)測(cè)的一種礦山動(dòng)力現(xiàn)象，導(dǎo)致其發(fā)生的不確定性因素很多，它使得采煤作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)提高。由于沖擊地壓具有突發(fā)性、瞬時(shí)震動(dòng)性、劇烈破壞性和復(fù)雜性等諸多特點(diǎn)，導(dǎo)致其防治在全國(guó)乃至世界范圍都是一個(gè)難題。本文主要從人才隊(duì)伍建設(shè)、優(yōu)化開(kāi)拓布局、孤島煤柱開(kāi)采、巷道布置事項(xiàng)、具體防治措施等出發(fā)，比較全面的敘述了其防治措施，對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)中沖擊地壓的防治具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]趙日峰.煤礦重大事故控制及沖擊地壓防治.中國(guó)文聯(lián)出版社，2008年

[2]史元偉，陳社杰.回采工作面底板巖石控制.煤炭工業(yè)出版社，1993年