沖擊地壓防治關(guān)鍵理論與技術(shù)分析

摘要：煤礦資源是我國傳統(tǒng)能源資源，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對煤礦資源的需求量不斷增加，煤礦開采工作逐漸轉(zhuǎn)向地球深處。隨著礦井深度的不斷增加和“高應(yīng)力集中”煤柱的產(chǎn)生，導(dǎo)致我國煤礦沖擊地壓礦井?dāng)?shù)量和沖擊地壓發(fā)生次數(shù)逐年上升。本文著重探討沖擊地壓防治關(guān)鍵的理論及技術(shù)，希望可以為讀者借鑒。

關(guān)鍵字：沖擊地壓；防治；理論與技術(shù)

前言：

沖擊地壓是煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一，而且還可能引起瓦斯爆炸和煤塵爆炸等次生災(zāi)害。沖擊地壓的防治工作對整個(gè)煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)具有十分現(xiàn)實(shí)的意義，基于這些因素沖擊地壓防治工作得到了礦業(yè)公司、科研院所的高度重視。本文著重沖擊地壓防治理論并結(jié)合龍煤集團(tuán)對回采工藝新工藝的實(shí)施效果，進(jìn)行沖擊地壓技術(shù)分析。

1.沖擊地壓防治關(guān)鍵理論

1.1沖擊地壓與礦震之間的關(guān)系

礦震是由于礦體內(nèi)巖層斷裂、構(gòu)造的活化、礦柱破裂和采動圍巖大范圍運(yùn)動等。此外由于煤礦開采導(dǎo)致原巖應(yīng)力場受到破壞，圍巖破壞移動而引起的礦震震現(xiàn)象也危害著煤礦開采事業(yè)。

礦震能夠引起沖擊地壓，當(dāng)沖擊地壓過大的時(shí)候引起更嚴(yán)重的礦震，惡性循環(huán)相互影響。在正確區(qū)分災(zāi)害性質(zhì)后我們發(fā)現(xiàn)，原發(fā)性質(zhì)的礦震得到有效防范治理的可能性十分的低，但是通過制定科學(xué)合理的開采方案、卸壓及檢測方案，可以讓巷道及采場的沖擊地壓災(zāi)害得到較好的治理。

1.2在動力災(zāi)害地區(qū)使用“上盤巖層空間結(jié)構(gòu)理論”進(jìn)行預(yù)測

礦井進(jìn)入深部開采后，決定采場周圍應(yīng)力分布的采場上覆巖層范圍超出了工作面直接頂和基本頂?shù)姆懂牐吧媳P巖層空間結(jié)構(gòu)理論”幫助人們對上覆巖層的空間結(jié)構(gòu)有更好的分析，可以提高工作人員在動力災(zāi)害地區(qū)面對難度更大、更加危險(xiǎn)作業(yè)時(shí)的安全性。

通過對“上盤巖層空間結(jié)構(gòu)理論”的預(yù)測，我們可以清晰了解相鄰采場的影響、多層結(jié)構(gòu)運(yùn)動引起的多次沖擊和礦震、采空區(qū)一次“見方”和多重“見方”等階段引起的沖擊地壓等，最終達(dá)到有效避免多層結(jié)構(gòu)的巖層引發(fā)出礦震或沖擊地壓的目的?！吧媳P巖層空間結(jié)構(gòu)理論”受到了廣泛的應(yīng)用。

1.3其他理論的使用

因?yàn)闆_擊地壓問題比較復(fù)雜，帶來的各種影響也比較多，所以防止沖擊地壓的理論是豐富的。比如“水平應(yīng)力突變理論”，由于頂板上存在著堅(jiān)硬巖石的礦井，而且十分容易出現(xiàn)比較強(qiáng)烈的震動，從而可能導(dǎo)致產(chǎn)生難以預(yù)測的災(zāi)害現(xiàn)象，運(yùn)用該理論可以預(yù)測礦震的發(fā)生，進(jìn)而預(yù)測沖擊地壓的相關(guān)位置，相關(guān)工作人員可以在災(zāi)害產(chǎn)生之前做出相應(yīng)的反方措施，以此減小損失。

地質(zhì)動力區(qū)劃為礦井動力現(xiàn)象和區(qū)域性地震災(zāi)害預(yù)測及大型工程設(shè)施的穩(wěn)定性評價(jià)提供了科學(xué)依據(jù)和可行的方法，開辟了礦井動力現(xiàn)象預(yù)測、防治和工程穩(wěn)定性評價(jià)研究的新方向。該方法以板塊構(gòu)造學(xué)為基礎(chǔ)，以地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動和巖體應(yīng)力狀態(tài)分析為主線，系統(tǒng)地闡述了地質(zhì)動力區(qū)劃的原理和方法，

因?yàn)榇罅康膭恿?zāi)害都是采動應(yīng)力所誘發(fā)的，深入研究“采動應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力耦合理論”有助于深入地了解采動應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力的關(guān)系，從而有效的減少斷層、相變構(gòu)造等大量的動力災(zāi)害，需要注意的是地質(zhì)的完善勘探工作，是這個(gè)理論開展的基礎(chǔ)。

另外，“靜-動應(yīng)力場理論”的使用可以減少整個(gè)采礦工程涉及的危險(xiǎn)區(qū)面積，而且可以合理的布置巷道位置，具體來說，相鄰的采礦區(qū)上部的高應(yīng)力位巖層能夠?qū)⒌貕簜鲗?dǎo)到遠(yuǎn)處的側(cè)向煤體，而且不影響工作面的采礦，需要注意的是如果設(shè)置的巷道口剛剛好是在沖擊臨界附件的區(qū)域，那么此巷道將處在沖擊地壓的危險(xiǎn)之中。還有一種沖擊地壓防治的“膨脹沖擊理論”，它尚處在不夠十分成熟的階段，該理論主要用作厚及特厚煤層地壓災(zāi)害防治的理論基礎(chǔ)，厚及特厚煤層一直是我們難以攻關(guān)的領(lǐng)域，因此該理論的研究難度也是相對較大，通過科研技術(shù)人員大數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論，厚及特厚煤層開采破裂膨脹導(dǎo)致出現(xiàn)了“應(yīng)力集中和應(yīng)力均化”現(xiàn)象，該現(xiàn)象是產(chǎn)生大范圍、高強(qiáng)度的沖擊地壓的最主要原因，不能因?yàn)椤芭蛎洓_擊理論”研究難度較大，就忽略他所能帶來的收益。

2.沖擊地壓防治技術(shù)分析

2.1煤層卸壓的爆破技術(shù)

恰當(dāng)?shù)氖褂妹簩有秹旱谋萍夹g(shù)，可以大大減少由自身重應(yīng)力型的沖擊地壓造成的災(zāi)害。這是由于巷幫高應(yīng)力與能量主要積聚在兩幫煤體或其中一側(cè)，利用爆破技術(shù)對幫部煤體進(jìn)行卸壓操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對沖擊地壓災(zāi)害威脅的降低。而卸壓完成的兩幫煤體的受壓情況明顯減輕，而壓力的峰值逐漸轉(zhuǎn)向煤體深處，同時(shí)上覆巖層的自重應(yīng)力也逐漸轉(zhuǎn)向深處，由具有更高強(qiáng)度的煤體來承擔(dān)。

2.2超前深孔斷頂預(yù)裂爆破技術(shù)

在應(yīng)對沖擊地壓的時(shí)候還可以選擇使用超前深孔斷頂預(yù)裂爆破技術(shù)。這種技術(shù)的原理在于通過利用爆炸活動產(chǎn)生的動壓震裂與靜壓爆生氣體的時(shí)機(jī)，來讓頂板受到足夠大的支持力，破壞頂板結(jié)構(gòu)的整體性，最后導(dǎo)致頂板產(chǎn)生預(yù)裂隙。需要注意的是這種爆破技術(shù)是在頂板巖層內(nèi)部使用的且不具備爆破自由面的一種方式。而且，隨著爆破工作的深入進(jìn)行，最終的頂板會在超前支承壓力與支架初撐力作用下垮落，使得應(yīng)力集中程度大幅度的降低。相關(guān)技術(shù)人員需要注意的是，施工單位爆破對周圍環(huán)境的影響，以及具體的施工部位必須布置在工作面兩巷超前支承壓力影響范圍內(nèi)，還要將峰指出作為重點(diǎn)進(jìn)行爆破卸壓。

2.3斷底爆破技術(shù)

合理運(yùn)用斷底爆破技術(shù)來對構(gòu)造應(yīng)力型沖擊地壓進(jìn)行防治。這是由于巷道底板在受到水平構(gòu)造應(yīng)力作用下，極易出現(xiàn)壓縮彎曲變形的問題，甚至?xí)谶_(dá)到一定條件下，出現(xiàn)屈曲破壞問題，導(dǎo)致發(fā)生沖擊地壓危害。因此，工作人員應(yīng)將爆破重點(diǎn)放在彈性能積聚層位，進(jìn)而降低彈性能大小，并對其再次積聚彈性能造成一定阻礙。同時(shí)，巷道底腳受到兩幫垂直應(yīng)力與底板水平構(gòu)造應(yīng)力的共同作用，其應(yīng)力集中程度較高。而通過爆破而產(chǎn)生的松動區(qū)域不僅能夠?yàn)榈装鍍?nèi)水平應(yīng)力提供墊層起到緩沖作用，還能夠讓上覆層高應(yīng)力向底板巖層進(jìn)行連續(xù)性的傳遞，進(jìn)而達(dá)到阻隔的目標(biāo)。此外，工作人員還需注意的是，在對底板沖擊較為嚴(yán)重的巷道，應(yīng)將斷底爆破技術(shù)與巷幫煤層爆破卸壓技術(shù)結(jié)合使用，效果更好。

2.4無煤柱自成巷技術(shù)控制沖擊地壓的效果分析

“110工法”自成巷開采理論是以“切頂短臂梁”理論為指導(dǎo)，將巷道上方長臂巖梁轉(zhuǎn)化為短壁巖梁。

采用恒阻錨索對回采巷道頂板加強(qiáng)支護(hù)，采前定向爆破切頂卸壓預(yù)裂頂板。上覆巖體在周期來壓作用下，頂板預(yù)裂縫整體切斷。切落的頂板形成巷道上幫，實(shí)現(xiàn)單面單巷采掘。從而做到回采一個(gè)工作面，只掘進(jìn)一條順槽巷道，另一條順槽巷道自動形成，即實(shí)現(xiàn)了零煤柱施工方法開采。

目前通過該工藝龍煤雙鴨山分公司已經(jīng)安全回采煤炭3500萬噸，回采后的工作面沒有保留原有的區(qū)段保護(hù)煤柱，“孤島”煤柱已經(jīng)消失。礦壓顯現(xiàn)次數(shù)明顯降低，按照該工藝施工的采區(qū)沒有發(fā)生過沖擊地壓事故，應(yīng)力集中的現(xiàn)象得到了緩解。同時(shí)減少了巷道沖擊地壓的發(fā)生。

結(jié)語

我國的資源利用結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，產(chǎn)生了對煤礦資源深度依賴的現(xiàn)象。沖擊地壓作為煤礦開采工作中難以避免的災(zāi)害值得人們?nèi)パ芯糠乐畏椒?。將防治理論與防治技術(shù)相互關(guān)聯(lián)起來，可以提高研究的成效，有利于改善煤礦產(chǎn)業(yè)的安全性，同時(shí)減少災(zāi)害的發(fā)生也提高了開采效率。希望相關(guān)部門對沖擊地壓能夠有足夠的重視，并采取合理的防控措施，此外，也需要相關(guān)技術(shù)人員提高自身的業(yè)務(wù)能力水平，做好沖擊地壓的控制工作。

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作者簡介：門宗良，性別，男，民族，漢，1979年09月26日，大學(xué)，采礦工程。遼寧工程技術(shù)大學(xué)，采礦工程。