沖擊地壓的形成及預(yù)防技術(shù)

馬衛(wèi)帥

【摘 要】通過對千秋煤礦煤層的合理開采順序和礦井生產(chǎn)規(guī)模，安排好正常的采煤工作面接替和相應(yīng)的巷道掘進(jìn)工程，才能保持合理的礦井采掘順序。文章介紹了該礦沖擊地壓形成的原因及防治技術(shù)。改進(jìn)和優(yōu)化了煤層高壓注水。

【關(guān)鍵詞】沖擊地壓；開采順序；改進(jìn)和優(yōu)化

沖擊地壓是煤礦開采過程中，在高應(yīng)力狀態(tài)下積聚有大量彈性能的煤巖體突然發(fā)生破壞、冒落或拋出，使能量突然釋放，并伴隨有響聲、震動和沖擊波的礦山壓力動力現(xiàn)象，也被稱作煤爆或沖擊礦壓。隨著向深部發(fā)展，礦井逐漸出現(xiàn)礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，沖擊地壓和瓦斯突出危險(xiǎn)增大，瓦斯突出量增加，地溫升高，通風(fēng)、提升和勘探困難，開采條件惡化，生產(chǎn)技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益下降等問題，給生產(chǎn)和經(jīng)營帶來的困難不斷增加，并需要采取一系列響應(yīng)的技術(shù)措施，由此提出和形成深礦井開采技術(shù)，既是當(dāng)前一些礦區(qū)和礦鏡面臨的問題，也是我國煤炭工業(yè)在長遠(yuǎn)發(fā)展中需要十分重視和研究的問題。

一、地質(zhì)概況

千秋煤礦現(xiàn)進(jìn)入二水平開采，屬于高瓦斯礦井，礦井瓦斯絕對涌出量19.68m3 /min，相對涌出量6.7 m3/min。二一區(qū)瓦斯絕對涌出量10.97 m3/min，相對涌出量3.43 m3/min。目前礦井主要在二一區(qū)生產(chǎn)，該采區(qū)開采2#煤為主，采區(qū)下部二1，二3煤分開。采區(qū)內(nèi)煤層變化為東部薄、西部厚、上部薄、下部厚，純煤層平均厚度為13.81m，該煤層具有爆炸危險(xiǎn)，煤層自燃等級為以自然，發(fā)火期為1M，最短為7D。煤層開采深度為670—900m，地層基本構(gòu)型為簡單的單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀平緩，走向東西傾西南，地層傾角15°左右，煤層直接頂板為泥巖，厚度為20m左右，老頂為礫巖、細(xì)砂巖、泥巖互層為主，具有透水性，厚度為40—80m左右，該巖層強(qiáng)度高易聚彈性能，易發(fā)生沖擊地壓。（特厚煤層掘進(jìn)與防沖擊地壓的應(yīng)用，《煤炭技術(shù)》出版社。）

二、影響沖擊地壓發(fā)生的因素

煤層本身的力學(xué)性質(zhì)，包括煤的彈性，脆性和含水率對沖擊地壓影響較大。凡發(fā)生沖擊地壓的煤層都很高的彈性，在其破壞前的變形中，彈性變形占總變形的60%以上。

a、開采深度大：發(fā)生沖擊地壓的地點(diǎn)開采深度都達(dá)到800m—1000m以上，過高的原巖應(yīng)力和支撐壓力，使回采工作空間的頂?shù)装宸e聚較大的變型能，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到煤巖體的極限強(qiáng)度時，就容易發(fā)生沖擊地壓。

b、自然地質(zhì)條件：除褐煤以外的各中煤種都有發(fā)生沖擊地壓的記錄，開采深度從200m—1056m，地質(zhì)構(gòu)造從簡單到復(fù)雜，煤層從薄到厚，傾角從水平到急斜，頂板包括礫巖、石灰?guī)r、甚至油母頁巖，都發(fā)生過沖擊地壓。

c、采煤方法不合適：二一區(qū)多采用傾斜走向長壁后退采煤法，由于礦井應(yīng)力方向基本與煤體傾斜方向相同，這樣易于發(fā)生沖擊地壓事故。

d、開采和掘進(jìn)的順序不合理：深礦井中新采區(qū)和新區(qū)段的投產(chǎn)要保證合理的開采順序，避免形成多側(cè)采空。深井采煤工作面的回風(fēng)平巷應(yīng)力求完全空巷掘進(jìn)。首采煤層或上部煤層應(yīng)盡量多采，不留或少留煤柱。

e、采用的卸壓和支護(hù)方法還跟不上現(xiàn)在的實(shí)際情況：先用的卸壓方法主要有，深孔卸壓爆破、注水軟化媒體和卸壓鉆孔、液壓抬棚和36u可伸縮支架支護(hù)，錨桿錨網(wǎng)支護(hù)，瓦斯抽放等技術(shù)。（躍進(jìn)礦沖擊地壓的形成及防治技術(shù)，《煤炭技術(shù)》出版社。）

三、沖擊地壓預(yù)防新方法

由于沖擊地壓具有突發(fā)性，不易預(yù)測，我平時在學(xué)習(xí)和工作中，總結(jié)出這種方法，用來提前預(yù)防壓力，其采區(qū)一翼布置圖如圖1：

采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：

a、在采區(qū)一翼可以按順序開采，從而避免了跳動開采，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)生產(chǎn)。

b、沿上山方向，下部的幾條卸壓巷道可以把這一翼的應(yīng)力大部分傳遞到這幾條卸壓巷道中，作為壓力釋放的場所，以避免人員的傷亡。

c、卸壓巷道的特點(diǎn)：第一次掘進(jìn)時斷面可較大，只需進(jìn)行全部的50%—80%，待以后掘進(jìn)工作面時再進(jìn)行擴(kuò)修。

d、卸壓巷道掘井時間充足，進(jìn)入人員可較少，使用物料較少，這樣就減小了危險(xiǎn)系數(shù)。

e、可以在卸壓巷道內(nèi)提前進(jìn)行瓦斯抽放和煤層注水。

四、工作面注水新方法

對煤層注水可以增加煤體含水率、軟化煤體，含水率高的煤體，孔隙多，裂隙發(fā)育好，經(jīng)水濕潤后使煤層內(nèi)部顆粒間粘結(jié)力減弱，導(dǎo)致塑性增加，彈性降低，積存彈性能的性能減弱。

現(xiàn)有的注水方式為：掘進(jìn)正頭注水和巷道中部鉆場注水。這樣注水的空間就是有限的，不能夠充分的濕潤煤層，減小煤體軟化的效果，我們想到的這種方法是在煤體內(nèi)部掘進(jìn)巷道實(shí)行煤體內(nèi)部意圖如下：

這種注水軟化的特點(diǎn)：

a、可以在瓦斯抽放后，接著掘進(jìn)注水巷道，這樣就可以深入煤層內(nèi)部，在上下巷道同時注水，并在上、左、右的空間立體方向進(jìn)行注水，使煤體的到充分軟化，進(jìn)而可以消除一部分內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到防治沖擊地壓的目標(biāo)。

b、注水巷道內(nèi)的物料可以不用進(jìn)行回收，用錨桿（木材）的一般長度固定就行，用普通的金屬網(wǎng)支護(hù)就可以，進(jìn)而降低成本，掘進(jìn)好安裝注水管后可以不用再進(jìn)入工作人員，這樣就可以保證人員的安全。

c、巷道長度為工作面沿采煤機(jī)方向長度1/4---1/3， 巷道斷面為2.5m2---3.5m2。巷道間隔為沿平巷方向200m---300m進(jìn)一條。并且在回踩過程中注水小巷道內(nèi)的物品不用回收，這樣就可以保證人員的安全。

五、結(jié)語

隨著煤礦發(fā)展的日益迅速，開采深度的不斷增加，逐漸出現(xiàn)礦壓強(qiáng)烈，沖擊地壓和瓦斯突出危險(xiǎn)加大，涌出量增加。開采深度對巷道影響的本質(zhì)是應(yīng)力對巷道圍巖的影響，原巖應(yīng)力隨開采深度增加而增加，在長壁工作面跨落開采過程中，在煤壁前方形成前支撐壓力，工作面停產(chǎn)后，在平行和垂直工作面推進(jìn)方向上的煤體內(nèi)形成側(cè)向支撐壓力，前支撐壓力對巷道圍巖的影響是短暫和一次性的，側(cè)支撐壓力對巷道圍巖和煤層底板的影響是長時和持久的。（《采礦學(xué)》，中國礦業(yè)大學(xué)出版社。）在工作中要認(rèn)真總結(jié)，在支護(hù)材料，支護(hù)方法，卸壓方法上進(jìn)行改進(jìn)，使工作人員有一個相對安全的作業(yè)空間。

【參考文獻(xiàn)】

[1]多級爆破卸壓技術(shù)防治沖擊地壓機(jī)理及其應(yīng)用[J].歐陽振華.煤炭科學(xué)技術(shù).2014（10）

[2]煤巖沖擊動力災(zāi)害連續(xù)監(jiān)測預(yù)警理論與技術(shù)[J].何學(xué)秋，竇林名，牟宗龍，鞏思園，曹安業(yè)，何江.煤炭學(xué)報(bào).2014（08）

[3]微震多維信息識別與沖擊礦壓時空預(yù)測——以河南義馬躍進(jìn)煤礦為例[J]. 蔡武，竇林名，李振雷，劉軍，鞏思園，何江.地球物理學(xué)報(bào).2014（08）