高應(yīng)力高瓦斯條件下煤巷沖擊地壓防治的理論分析

潘環(huán)喜

摘 要：依據(jù)沖擊地壓發(fā)生的一些實(shí)例可以發(fā)現(xiàn)，處于高瓦斯煤層中，沖擊地壓的發(fā)生能夠從高應(yīng)力高瓦斯上獲得極大地促進(jìn)作用。所以在高應(yīng)力高瓦斯條件下，煤巷沖擊壓防治必須要考慮到瓦斯對(duì)沖擊地壓存在的作用。在對(duì)沖擊打壓進(jìn)行防治的過(guò)程中，需要注意采用針對(duì)性的方法對(duì)于瓦斯進(jìn)行防治?？刹捎妹簩幼⑺⑺毫鸦蛘呤撬蓜?dòng)爆破等方式減少動(dòng)力災(zāi)害在高地應(yīng)力下的發(fā)生，以此達(dá)到煤與瓦斯沖突以及沖擊地壓發(fā)生危險(xiǎn)性的有效降低。

關(guān)鍵詞：高應(yīng)力；高瓦斯；煤巷；沖擊地壓防治

針對(duì)沖擊地壓發(fā)生機(jī)理的研究，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生了一定程度的基本認(rèn)識(shí)，并且在預(yù)測(cè)與防治方面也已形成了一套基本的技術(shù)方法。但是在高應(yīng)力高瓦斯條件下煤巷沖擊地壓在發(fā)生機(jī)理以及防治上實(shí)施的專門(mén)研究尚且不多。若是對(duì)低瓦斯煤巷而言，會(huì)因?yàn)橥咚箟毫π　⒑康?，將瓦斯?duì)沖擊地壓產(chǎn)生的影響忽略掉。然而針對(duì)高壓力與高瓦斯條件下的煤巷而言，則無(wú)法忽略瓦斯對(duì)沖擊打壓產(chǎn)生的作用與影響。

1 高應(yīng)力、高瓦斯沖擊地壓機(jī)理

隨著埋深的增加，地應(yīng)力會(huì)隨之增大，當(dāng)埋深到達(dá)了一定的深度時(shí)，原巖中的地應(yīng)力會(huì)突破煤巖自身最大的應(yīng)力承受強(qiáng)度，而此時(shí)，煤巖中長(zhǎng)時(shí)間積聚的彈性能便會(huì)突然猛烈的釋放出來(lái)，從而破壞巷道，主要表現(xiàn)為巷道圍巖剝落、彈射甚至是拋射。除此之外，還有伴隨巨大的聲響、沖擊波以及圍巖振動(dòng)產(chǎn)生，嚴(yán)重的影響到安全生產(chǎn)。

井下巷道在實(shí)施開(kāi)挖之后，會(huì)改變?cè)械南锏缿?yīng)力狀態(tài)，使應(yīng)力獲得重新的分布。而巷道圍巖內(nèi)部屬于非均質(zhì)性質(zhì)，從而導(dǎo)致圍巖內(nèi)部有高應(yīng)力集中區(qū)或者是低強(qiáng)度區(qū)形成，這些區(qū)域應(yīng)變軟化性質(zhì)是十分典型的，并且變形的程度越大就會(huì)導(dǎo)致抵抗變形的能力變得更低。同時(shí)一些形成應(yīng)力集中區(qū)或者是降低區(qū)的應(yīng)力并沒(méi)有達(dá)到煤巖體的峰值，從而繼續(xù)維持著原有的彈性性質(zhì)。當(dāng)巷道圍巖喪失了穩(wěn)定的平衡狀態(tài)后，面對(duì)外界的干擾極易產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致內(nèi)部原本積聚的彈性能釋放出來(lái)，導(dǎo)致巷道破壞甚至出現(xiàn)強(qiáng)烈的動(dòng)壓現(xiàn)象?？梢?jiàn)，一般情況下，應(yīng)變軟化的區(qū)域容易發(fā)生沖擊地壓。

煤巖體承受應(yīng)力作用時(shí)產(chǎn)生變形破壞的過(guò)程就是沖擊地壓孕育的過(guò)程，而發(fā)生沖擊地壓之間的過(guò)程，可以用準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程來(lái)理解。當(dāng)沖擊地壓發(fā)生之后，會(huì)導(dǎo)致巷道煤巖內(nèi)部出現(xiàn)新的應(yīng)力分布，進(jìn)而釋放能量，以此向新的平衡狀態(tài)發(fā)展。但這個(gè)向新平衡發(fā)展的過(guò)程，會(huì)致使巷道圍巖出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞性變形，因?yàn)槟芰渴挂詣?dòng)力的形式釋放的，所以該過(guò)程也就是動(dòng)態(tài)的。所以說(shuō)沖擊地壓發(fā)生的整個(gè)過(guò)程可以看作是先由靜態(tài)失穩(wěn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)，再由能量釋放以及應(yīng)力的重新分布再轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶獾撵o態(tài)。

2 高應(yīng)力高瓦斯條件下煤巷沖擊地壓防治理論

2.1 加固巷道圍巖

巷道開(kāi)挖之后，首先需要做的就是對(duì)巷道實(shí)施錨桿支護(hù)并對(duì)注漿錨桿實(shí)施全部的注漿。在注漿錨桿錨固區(qū)形成一層由錨桿和漿液組成的強(qiáng)度較高的承載圈，使其將徑向壓力提供給錨桿，從而使錨桿能夠?qū)业?、組合拱、組合梁以及最大水平應(yīng)力等作用發(fā)揮出來(lái)，增加深部高瓦斯巷道圍壓的層狀破壞中各層的摩檫力，以此改變圍巖的受力狀態(tài)，從一維受力轉(zhuǎn)換成二維受力或者是三維受力。之所以進(jìn)行注漿，就是因?yàn)樽{能夠使破碎圍巖的內(nèi)摩擦力與粘結(jié)力得以增加，從而提升圍巖強(qiáng)度。

對(duì)于深部巷道而言，存在圍巖分區(qū)破壞的問(wèn)題，此時(shí)錨桿與淺部注漿對(duì)于有些情形是很難發(fā)揮出作用的，即使注漿能夠?qū)鷰r本身的強(qiáng)度提升，但是面對(duì)深部高應(yīng)力給予的擾動(dòng)依舊無(wú)法承受，僅僅對(duì)其進(jìn)行淺部低壓注漿，會(huì)威脅到巷道的長(zhǎng)期穩(wěn)定。因此需要對(duì)巷道圍巖的深部實(shí)施一次注漿。通過(guò)對(duì)錨索的注漿，將注漿的作用范圍增加。通過(guò)這樣的方式，便能使兩層以注漿為主的支護(hù)體形成與巷道的周圍，共同承受圍巖應(yīng)力。

通過(guò)注漿管，將能夠?qū)崿F(xiàn)膠結(jié)硬化的漿液向圍巖中注入的過(guò)程便是錨注支護(hù)，此措施中，注漿管也能夠具備錨桿的作用。破碎的圍巖可以因注入的漿液實(shí)現(xiàn)膠結(jié)，從而變成具有高強(qiáng)度的膠結(jié)體，使破碎圍巖能夠在力學(xué)性質(zhì)與性能上得到改善。提高膠結(jié)體的內(nèi)摩擦角與內(nèi)聚力，從而使巷道圍巖能夠獲得強(qiáng)度與抵抗外力能力提升，是漿液最為明顯的效果，以此促使巷道的穩(wěn)定可以得到一定的保障。錨注不僅能夠?qū)㈠^桿、錨噴、錨索以及錨網(wǎng)等主動(dòng)支護(hù)擁有的柔性特征展現(xiàn)出來(lái)，還能將被動(dòng)支護(hù)具備的剛性很好地展現(xiàn)出來(lái)。這樣便能夠?qū)⒅ёo(hù)體具備的支護(hù)效果很好地發(fā)揮出來(lái)，使巷道得到穩(wěn)定性的保證。與此同時(shí)，巷道圍巖還能因?yàn)樽{處理實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)若面存在程度的降低，使應(yīng)變軟化區(qū)域得以減少，利于巷道沖擊地壓的防治。

2.2 轉(zhuǎn)移或釋放高應(yīng)力

高應(yīng)力的轉(zhuǎn)移。由于深孔爆破斜壓施工的操作方式較為簡(jiǎn)單，同時(shí)斜壓的效果較為良好，所有在轉(zhuǎn)移高應(yīng)力上得到了廣泛的應(yīng)用。所謂爆破指的就是在高溫高壓環(huán)境下產(chǎn)生氣體同時(shí)釋放爆轟波的整個(gè)過(guò)程，當(dāng)爆轟產(chǎn)生的瞬間，鉆孔會(huì)被產(chǎn)生的氣體充滿，同時(shí)使鉆孔孔壁獲得數(shù)萬(wàn)兆帕的超壓。這種情況下，存在于爆破源周圍的煤巖體便會(huì)直接被壓實(shí)，同時(shí)會(huì)有一個(gè)壓應(yīng)力場(chǎng)形成于鉆孔的旁邊，面對(duì)壓應(yīng)力施加的作用，會(huì)導(dǎo)致煤巖體出現(xiàn)壓縮以及徑向位移的現(xiàn)象，并且在拉應(yīng)力施加的作用下會(huì)有拉伸形變出現(xiàn)。對(duì)于煤巖體而言，其抗拉能力并沒(méi)有抗壓能力強(qiáng)，所以徑向方向便會(huì)首先出現(xiàn)裂縫。與此同時(shí)，還會(huì)因?yàn)閺较蚍较蛏系拿總€(gè)質(zhì)點(diǎn)都有著不同的移動(dòng)情況，導(dǎo)致徑向方向上還會(huì)出現(xiàn)剪應(yīng)力，從而產(chǎn)生破壞。

深孔爆破控制沖擊地壓的機(jī)理：沖擊地壓發(fā)生必備的能力條件與強(qiáng)度條件會(huì)因?yàn)楸屏芽p的產(chǎn)生得到同時(shí)的消除；煤巖體在弱化之后，便會(huì)有效預(yù)防發(fā)生沖擊地壓；應(yīng)力集中的程度能夠?qū)崿F(xiàn)降低，同時(shí)使高應(yīng)力峰向深處轉(zhuǎn)移；處于高瓦斯煤層環(huán)境中，深孔爆破能夠使煤巖體增加透氣性，使煤巖體中存在的瓦斯能夠得到快速的釋放，使瓦斯壓力梯度實(shí)現(xiàn)降低，從而有效降低瓦斯影響煤巖體的程度。

高應(yīng)力的釋放。在進(jìn)行高應(yīng)力轉(zhuǎn)移之后，可以采用一些恰當(dāng)?shù)姆绞结尫诺粝锏绹鷰r淺部區(qū)域中的應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)高應(yīng)力的釋放。在進(jìn)行深部開(kāi)采的過(guò)程中，會(huì)逐漸增加煤層中瓦斯具備的吸附能力，面對(duì)外部施加的擾動(dòng)，煤層中的瓦斯會(huì)產(chǎn)生很高的解析膨脹能量，正是因?yàn)榇嬖谶@些能量才會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生沖擊地壓。所以必須通過(guò)一些合理的方式釋放掉煤層中的瓦斯，只有這樣才能減少或者是降低其對(duì)煤巖體存在的影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，井下巷道在實(shí)施開(kāi)挖之后，圍巖內(nèi)部會(huì)有高應(yīng)力集中區(qū)或者是低強(qiáng)度區(qū)形成，當(dāng)巷道圍巖喪失了穩(wěn)定的平衡狀態(tài)后，面對(duì)外界的干擾極易產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致內(nèi)部原本積聚的彈性能釋放出來(lái)，其中應(yīng)變軟化的區(qū)域便會(huì)極易發(fā)生沖擊地壓，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)?；诖?，文章分析了高應(yīng)力、高瓦斯沖擊地壓機(jī)理，并且從加固巷道圍巖、轉(zhuǎn)移或釋放高應(yīng)力這兩個(gè)方向探討了高應(yīng)力高瓦斯條件下煤巷沖擊地壓防治理論，希望以此為高應(yīng)力高瓦斯條件下煤巷沖擊地壓發(fā)生機(jī)理以及防治理論的研究提供一些借鑒。

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